[ Pobierz całość w formacie PDF ]
ALANH. GUTHWSZECHWIAT INFLACYJNYW poszukiwaniu nowej teorii pochodzenia kosmosuPrzełożyliEwa L. Łokasi Bogumił Bieniok2000r.SPIS RZECZYPrzedmowaWstępNajwiększy darmowy obiadKosmiczna perspektywa z Ithaki w stanie Nowy JorkNarodziny współczesnej kosmologiiEcha rozżarzonej przeszłociKondensacja pierwotnej zupyProblemy materii i antymateriiRewolucja w fizyce czšstek elementarnych w latach siedemdziesištychTeorie wielkiej unifikacjiWalczšc z przekleństwem monopoli magnetycznychWszechwiat inflacyjnyOwoce odkryciaNowy Wszechwiat inflacyjnyZmarszczki na gładkim tleWskazówki z głębi Ziemi i dalekiego kosmosuWieczny, samoodtwarzajšcy się Wszechwiat inflacyjnyTunele czasoprzestrzenne i tworzenie wszechwiatów w laboratoriumWszechwiat ex nihiloEpilogDodatek A: Energia grawitacyjnaDodatek B: Newton i nieskończony statyczny WszechwiatDodatek C: Promieniowanie ciała doskonale czarnegoDodatek D: Jednostki i miaryPrzypisyPRZEDMOWAKażda kultura ma swojš kosmologię, historię powstania Wszechwiata, przekonania co do tego, z czego się on składa i dokšd zmierza. Zdumiewajšce jest to, że w obecnym stuleciu kosmologia stała się naukš, dobrze okrelonš dziedzinš badań w ramach astronomii i fizyki.W latach siedemdziesištych w badaniach kosmologicznych nastšpiły znaczne przemiany pojęciowe. Wczeniej współczeni kosmologowie zadawali pytania w rodzaju: Z czego składajš się galaktyki i jak sš rozmieszczone w przestrzeni kosmicznej? Jak szybko rozszerza się Wszechwiat? Jaka jest rednia gęstoć materii w kosmosie? Póniej, w nowej kosmologii" zaczęto poważnie zastanawiać się nad innymi kwestiami: Dlaczego materia w ogóle istnieje i skšd się wzięła? Dlaczego Wszechwiat jest tak jednorodny w tak dużych skalach? Dlaczego gęstoć materii w kosmosie jest akurat taka, że energia ekspansji Wszechwiata i energia przycišgania grawitacyjnego zawartej w nim materii niemal się równoważš? Innymi słowy, zmieniła się natura stawianych pytań. Stały się one bardziej fundamentalne. Pytanie Dlaczego?" dołšczyło do Co?", Jak?" i Gdzie?". Alan Guth był jednym z pionierów nowej kosmologii, którzy pytali dlaczego?", a jego teoria inflacyjnego Wszechwiata dostarczyła wielu odpowiedzi.Niektóre z tych pytań stawiano już wczeniej, ale nie badano ich zbyt wytrwale, głównie dlatego, że wydawało się, iż nie ma nadziei na znalezienie odpowiedzi, i nie zaproponowano żadnych teorii. Wyjanień takich nie mogła dostarczyć standardowa teoria Wielkiego Wybuchu, istniejšcš od czasów prac Einsteina, Friedmana i Lemaitre'a z lat dwudziestych. Kosmologowie akceptowali niektóre z najbardziej interesujšcych zaobserwowanych własnoci Wszechwiata, takie jak jego jednorodnoć i dokładne równoważenie się energii. Rzeczywicie, przed przełomem, jaki nastšpił w latach siedemdziesištych i na poczštku osiemdziesištych, wielu kosmologów stało na stanowisku, że niektóre cechy Wszechwiata należy traktować jako istniejšce warunki poczštkowe, które mogš być zupełnie przypadkowe lub też - z zasady - nawet nieprzewidywalne. W każdym razie obserwowanych, ale nie dajšcych się wyjanić własnoci nie traktowano jako poważnych wad standardowego modelu Wielkiego Wybuchu.Przymykanie oczu na pewne fakty obserwacyjne lub anomalie, których nie można wytłumaczyć za pomocš obowišzujšcej teorii, nie jest zjawiskiem rzadkim w nauce. Na przykład, zanim w 1912 roku Alfred Wegener ogłosił teorię dryfu kontynentów, pojęciowe ramy badań geologów opierały się na założeniu, że lšdy mogš się przemieszczać tylko w kierunku pionowym. Taka teoria nie pozwalała wyjanić obserwowanego niezwykłego podobieństwa kształtów linii brzegowej po przeciwległych stronach Atlantyku. W szczególnoci Ameryka Południowa i Afryka ukształtowane sš tak, jakby były dwoma pasujšcymi do siebie kawałkami układanki. Geologowie wypowiadali się na temat tej szczególnej cechy geograficznej, ale na ogół traktowali jš jako ciekawostkę, a nie zagadkę czekajšcš na rozwišzanie. Dopiero po zaproponowaniu przez Wegenera nowej teorii, dostarczajšcej naturalnego mechanizmu rozchodzenia się w kierunku poziomym kontynentów, które poczštkowo stanowiły jeden lšd, ich dopasowanie zostało uznane za poważny problem starej teorii.Kolejny przykład pochodzi z biologii i dotyczy braku przystosowania niektórych organizmów do ich rodowiska. Istniejš kaczki, które nie pływajš, a majš nogi przystosowane do pływania; zwierzęta, takie jak żyjšcy w ciemnych jaskiniach szczur Neotoma, które posiadajš oczy, lecz ich nie używajš; ptaki, takie jak pingwin, które posiadajš skrzydła, lecz nie latajš. Przed pojawieniem się teorii doboru naturalnego Darwina obserwowano takie nieprawidłowoci, ale przymykano na nie oko w obliczu obowišzujšcej teorii kreacjonistycznej, która utrzymywała, że każdy gatunek został znakomicie dopasowany do swojego rodowiska i nigdy się nie zmienia. Jednak teoria Darwina wyjania zarówno nieprzystosowanie, jak i przystosowanie, ponieważ dobór naturalny wymaga ewolucji oraz zmian. Organizm, który przystosował się do pewnego rodowiska, może je zmienić, ale cišgle przekazywać wczeniej wytworzonš cechę, jak w przypadku wielu pokoleń szczurów, które wybrały ciemnš jaskinię zamiast wiatła dziennego. Po powstaniu teorii Darwina nieprzystosowanie niektórych zwierzšt zaczęto traktować jako poważne uchybienie w teorii kreacjonistycznej. Taka jest konserwatywna natura i psychologiczne podłoże badań naukowych.Podobnie, brak wyjanienia obserwowanej jednorodnoci Wszechwiata i dokładnego zrównoważenia jego energii uznany został przez większoć społecznoci naukowej za poważne uchybienie w modelu Wielkiego Wybuchu dopiero po zaproponowaniu teorii inflacyjnego Wszechwiata. Stworzenie tej nowej teorii umożliwiły nowe idee, jakie wnieli fizycy teoretycy, którzy wczeniej zajmowali się czšstkami elementarnymi i podstawowymi siłami natury. Powstałe na poczštku lat siedemdziesištych nowe teorie fizyki czšstek, zwane teoriami wielkiej unifikacji, sugerowały, że trzy sporód czterech fundamentalnych sił natury - silne i słabe oddziaływania jšdrowe oraz siła elektromagnetyczna - sš w rzeczywistoci przejawami jednej, bardziej podstawowej siły. (Unifikacja i prostota sš odwiecznym więtym Graalem fizyków i artystów. Arystoteles chciał sprowadzić wszystkie substancje do pięciu żywiołów; Picasso twierdził, że malarz powinien tworzyć z jak najmniejszej liczby elementów). Zgodnie z nowymi teoriami temperatura, przy której może się uwidocznić pojedyncza siła, jest niewiarygodnie wysoka: 1029 stopni Celsjusza, dużo wyższa niż temperatura, jaka kiedykolwiek istniała na Ziemi, a nawet we wnętrzach gwiazd. Tak niesamowicie wysoka temperatura mogła występować tylko w jednym miejscu, czy raczej w jednej chwili: w bardzo młodym Wszechwiecie, wkrótce po Wielkim Wybuchu. W ten sposób fizycy czšstek zaczęli się interesować kosmologiš. Jednym z najbardziej znanych i zasłużonych fizyków czšstek, którzy przyczynili się w owym czasie do połšczenia teorii wielkiej unifikacji z kosmologiš, był Steven Weinberg. Do młodszych uczonych zalicza się Alan Guth.Za ogromne osišgnięcie Gutha należy uznać wysunięcie hipotezy, że, zgodnie z teoriš wielkiej unifikacji, młody Wszechwiat przeszedł przez krótkš fazę niezwykle szybkiej ekspansji, po czym powrócił do spokojniejszego tempa wzrostu zgodnego ze standardowš teoriš Wielkiego Wybuchu. Zaproponowana przez Gutha modyfikacja starszej teorii została nazwana teoriš Wszechwiata inflacyjnego. Teoria ta, wraz z jej różnymi ulepszonymi wersjami, dostarcza wyjanienia niektórych wczeniej pozostajšcych tajemnicš anomalii" zaobserwowanych przez kosmologów. Moim zdaniem, teoria inflacyjnego Wszechwiata jest najbardziej znaczšcym nowym wkładem w myl kosmologicznš od czasu stworzenia podstaw tej nauki w latach dwudziestych.Ponieważ kluczowe zjawisko teorii Wszechwiata inflacyjnego - niezwykle szybka kosmiczna ekspansja - zaszło bardzo dawno temu, możliwe, że nigdy nie dowiemy się na pewno, czy zdarzenie to rzeczywicie miało miejsce. (Teoria dysponuje również pewnymi dokładnymi przewidywaniami co do obecnego Wszechwiata, ale na ich podstawie nie można dowieć jej prawdziwoci). Jednak, podobnie jak koncepcja, w myl której kontynenty były kiedy połšczone w jeden lšd, idea inflacji ma tak wielkš moc wyjaniajšcš, że stała się obecnie podstawowym założeniem w pracy wielu kosmologów. W myleniu kosmologicznym doszło więc do intelektualnej rewolucji. Mówišc językiem historyka nauki z MIT [Massachusetts Institute of Technology], Thomasa Kuhna, mamy obecnie w kosmologii nowy paradygmat.Napisana przez Alana Gutha ksišżka jest niezwykła z kilku powodów. Wyjania ona trudne idee naukowe bez odwoływania się do równań. Została napisana z takš samš jasnociš i elegancjš, jak oryginalny, przełomowy artykuł Gutha opublikowany w Physical Review" w roku 1981. Jest rzetelna i przemylana. Przedstawia uczciwie osobistš karierę naukowš, jak również historię odkrycia w jej aspekcie ludzkim i naukowym. Jednak najbardziej niezwykłe jest to, iż ksišżka ta, podobnie jak Podwójna helisa Jamesa Watsona, jest niepowtarzalna w swojej dziedzinie. Została napisana przez uczonego, który odegrał kluczowš rolę w opisanym odkryciu. Chociaż w odkryciu i rozwijaniu teorii inflacyjnego Wszechwiata brali udział także inni fizycy, Alan Guth jest uznawany za postać pierwszoplanowš. Można na ten temat napisać inne ksišżki popularnonaukowe (które zresztš już powstały), ale tylko jednš z nich mógł stworzyć Alan Guth. To włanie ta ksišżka.ALAN LIGHTMAN Cambridge, Massachusetts, maj 1997WSTĘPZnane jest ograniczone, nieznane nieograniczone; tkwimy na wysepce w rodkubezkresnego oceanu rzeczy niewyjanionych. Przed każdym pokoleniem stoi zadaniezdobycia kolejnego skrawka lšdu.T. H. HUXLEY, 1887Trady...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]