Czas czytania: 15 minut
No i stało się. Prędzej czy później musiało do tego dojść i nawet żałuję, że dopiero teraz, ale jak to mówią lepiej późno, niż wcale.
A zatem witam wszystkich na pokładzie nowego bloga poświęconemu kosmosowi zarówno temu w skali makro, jak również czasem temu mikro – w skali subatomowej.
Ktoś zapyta, dlaczego właśnie teraz zdecydowałem się pisać bloga. Powodów jest kilka.
Po pierwsze, starzeję się… Wiele spraw odsuwamy na później, bo myślimy, że mamy jeszcze czas, a potem te marzenia gdzieś zatracają się w szarej codzienności. Dlatego myślę, że dla mnie osobiście, to dobry moment na podjęcie tego małego wielkiego kroku i założenie bloga. Kosmos pasjonował mnie w zasadzie od zawsze (no, może miał poważną konkurencję w postaci dinozaurów). Swoją drogą ewolucja i różne ścieżki życia też są zagadnieniem, które fascynuje mnie do dzisiaj.
Mimo, że moje formalne wykształcenie gdzieś rozminęło się z tą tematyką, to jednak zawsze byłem „w pobliżu”. Z perspektywy czasu widzę, że jednak dobrze się stało. Myślę, że dzięki temu utrzymałem niczym nieskrępowaną ciekawość i mogę swobodnie zadawać różne pytania. Niestety mam wrażenie, że pod kątem akademickim, trochę tego czasem brakuje. Ale rozumiem to. Kwestie zawodowe kierują się swoimi prawami i tyle.
Po drugie, sytuacja geopolityczna na świecie. Żyjemy w czasach przełomowych. Sytuacja międzynarodowa i czasy są niepewne. Paradoksalnie, taka sytuacja ożywia nieco sytuację dotyczącą technologii kosmicznych, co jest związane z nową zimną wojną i wyścigiem zbrojeń. Nie chcę jednak, żeby kosmos stał się zmilitaryzowaną strefą (chociaż mroczna strona eksploracji kosmosu istnieje i będzie to poruszane na tym blogu). Być może, gdyby kosmos pasjonował większą liczbę osób, nasza filozofia postrzegania świata byłaby inna. Być może większa część społeczeństwa miałaby poczucie większej wspólnoty.
A być może wcale nie… Mimo wszystko jednak, w tych niepewnych czasach chcę zacząć pisać o czymś większym od nas. O ogromie, przy którym nasze problemy i chęć dominacji blakną. Ale ten ogrom jest jednocześnie czymś fascynującym, czymś pociągającym. Jak nieznane źródło światła w mroczną noc, które przyciąga do siebie wszystkie owady z okolicy.
O trzecim powodzie już tutaj nieco wspominałem. Jest to niestety skostnienie niektórych poglądów i brak naukowej debaty. Niestety, ale trzeba to przyznać, że świat naukowy tak brzydko mówiąc „zafiksował się” na punkcie pewnych zagadnień, że przestał dopuszczać do siebie jakąkolwiek możliwość debaty. Chciałbym w tym właśnie miejscu poinformować czytelnika, że w dzisiejszej nauce występują dwa potężne kryzysy: jeden w fizyce cząstek elementarnych (fizyce kwantowej), a drugi w kosmologii.
Pierwszy związany jest z załamaniem się (lub niemożnością potwierdzenia) modeli fizycznych na poziomie kwantowym. Żaden z obecnie proponowanych modeli nie wyjaśnia pewnych nieścisłości lub parametrów, z jakimi mierzymy się w fizyce kwantowej. Takich zagadnień jest wiele. Jednym z nich jest masa neutrin i charakter tej cząstki (a w zasadzie kliku generacji cząstek, ponieważ neutrino występuje w trzech generacjach tj.: neutrino elektronowe, neutrino mionowe i neutrino taonowe). Neutrina są leptonami, co m.in. oznacza, że nie podlegają one odziaływaniom silnym. W przeciwieństwie jednak do leptonów naładowanych, czyli elektronu i jego cięższych kuzynów (mion i taon), nie podlegają również oddziaływaniom elektromagnetycznym. Oznacza to, że ze znanych na chwilę obecną oddziaływań, wpływ na neutrina ma jedynie oddziaływanie słabe i grawitacja. Grawitacja w skalach kwantowych jest pomijalna, do czego jeszcze wrócę. Neutrina bardzo długo były uważane za cząstki bezmasowe (neutrina masowe zostały zaproponowane przez Bruno Pontecorvo w latach 50. XX wieku). Dla kronikarskiego obowiązku wspomnę, że facet napisał również o oscylacji neutrin – która ostatecznie potwierdziła masowość neutrin. Oscylacja neutrin polega na zjawisku kwantowym, że każda z trzech generacji neutrin (zwane w fizyce kwantowej stanami zapachowymi) może być zmierzona w swoim innym stanie zapachowym. Innymi słowy, każde neutrino jest specyficzną mieszaniną wszystkich trzech stanów masowych (superpozycja trzech stanów neutrin o określonej masie – to samo neutrino zarejestrowane jako neutrino elektronowe w punkcie A, istnieje możliwość, że w punkcie B będzie zarejestrowane jako neutrino mionowe lub taonowe). Zjawisko to możliwe jest tylko poprzez posiadanie masy przez wszystkie trzy rodzaje neutrin. Oscylacja neutrin została potwierdzona doświadczalnie w 2015 r. za co przyznano Nagrodę Nobla z fizyki dla Arthura B. McDonalda i Takaaki Kajita. Posiadanie masy przez neutrina stworzyło kilka problemów.
Po pierwsze, nie do końca znany jest mechanizm pochodzenia masy neutrin (oddziaływanie z polem skalarnym Higgsa, nie tłumaczy do końca niuansów powiązanych z neutrinami np. brak zaobserwowania prawoskrętnych neutrin – chociaż istnieją pewne modele próbujące wyjaśnić akurat to zagadnienie). Trzeba tu wspomnieć, że doświadczalne potwierdzenie oscylacji neutrin jest późniejsze, niż odkrycie bozonu Higgsa, który jak potem się okazało, sam posiadał masę, co dodatkowo skomplikowało sytuację.
Posiadanie masy przez neutrina i sam bozon Higgsa, nasunęło możliwość (a nawet potrzebę rozszerzenia Modelu Standardowego cząstek). I tu właśnie dochodzimy do pierwszego poważnego załamania współczesnych modeli fizycznych – ŻADEN z zaproponowanych modeli nie został potwierdzony doświadczalnie. Szczególny problem dotyczy tu tzw. modelu supersymetrycznego, w którym pokładano duże nadzieje.
Drugim, jeszcze poważniejszym problemem współczesnej fizyki kwantowej jest poważny problem z uwzględnieniem grawitacji w modelach kwantowych (nie mówiąc już o tzw. teorii wszystkiego, czyli możliwości unifikacji wszystkich sił kwantowych).
Grawitacja po prostu nie pasuje. Fizycy całego świata dwoją się i troją, aby ugnieść ją i wepchnąć kolanem w modele kwantowe…ale nie wychodzi. Grawitacja jest po prostu żałośnie słaba w skalach kwantowych i przerażająco silna w skali makro. Np. stosunek w sile oddziaływania grawitacji i siły elektrycznej pomiędzy protonem i elektronem w atomie wynosi ok. 2,3×1039. Ogromna liczba. Dla zobrazowania: dylatacja czasu jakiej doświadcza sprinter podczas biegu wynosi mniej więcej 1 do 1,8×1015. Żeby odnieść się do grawitacji kwantowej musiałbym tu napisać porządny elaborat naukowy. Nie chcę jednak wystraszyć i zamęczyć wszystkich pierwszym artykułem. Osobiście bardzo dużą nadzieję pokładam w grawitonie. Grawiton miałby być hipotetyczną cząstką elementarną pośredniczącą w oddziaływaniach grawitacji. Dlaczego uważam, że istnieje. Wszystkie inne znane oddziaływania kwantowe posiadają cząstkę pośredniczącą: w elektromagnetyzmie jest to foton, w oddziaływaniu silnym gluon, w oddziaływaniach słabych są to nawet dwie cząstki (lub trzy, zależy jak liczyć) bozony słabe: wuon dodatni W+, ujemny W– oraz zeton. Na chwilę obecną nie istnieje jednak przekonująca grawitacyjna kwantowa teoria pola. Zagadnienie próbowała (matematycznie poprawnie) rozwiązać teoria strun. Teoria strun jest jednak całkowicie teoretycznym modelem, do którego mam mieszane odczucia (mimo to, jest bardzo interesujący i wart przyjrzenia się). Kto wie, być może teoria strun jest jednym z ostatnich podrygów „standardu elegancji” i ślepego zapatrzenia w matematykę, o czym za chwilę. Duży krok milowy na przód stanowiło odkrycie fal grawitacyjnych, które otworzyło nowy rozdział w badaniu kosmosu. Za detekcję fal grawitacyjnych również przyznano Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w roku 2017: Rainer Weiss, Barry C. Barish i Kip S. Thorne. Bezpośrednie zbadanie grawitonu jest niestety niemożliwe (detektory musiałyby mieć masy i rozmiary planetarne – umiejscowione w obszarach ekstremalnych np. okolice czarnych dziur czy masywnych gwiazd neutronowych). To obrazuje nam jaki krok milowy w fizyce stanowiła detekcja fal grawitacyjnych, zarówno w badaniu natury samej grawitacji jak i nowej dziedziny astronomii.
Problemy z kwantową grawitacją czy niewytłumaczalną masą neutrin uderzają nie tylko w rozumienie fizyki w skalach kwantowych, ale również w kosmologię jako taką. Oznacza to, że nasze rozumienie podstawowych praw fizyki albo jest błędne, albo wymaga rozszerzenia. Osobiście uważam, że to drugie. Jednak proponowane przez naukowców rozwiązania nie mają odzwierciedlenia w rzeczywistym świecie. Co wynika z dwóch głębokich problemów:
- Uzależnienia fizyki od matematyki. Żeby sprawa była jasna, uważam że matematyka jest niezbędna w fizyce i nie ulega to żadnej wątpliwości. Uważam jednak, że doszliśmy do takiego momentu w badaniu kosmosu, w którym musimy zadać sobie pytanie: czy matematyka nie tworzy szumu informacyjnego i błędnych koncepcji. Matematyka stanowi język. A w każdym języku, można opowiadać historie prawdziwe lub nie. Tak samo jest z matematyką. Pozwala ona na tworzenie setek, dziesiątek modeli, które są logicznie i wewnętrznie spójne, podobnie jak dobra historia. Nie oznacza to jednak, że są prawdziwe dla naszego Wszechświata (dają jednak pewne poszlaki, co do rzeczywistego istnienia innych Wszechświatów – ale to zupełnie inna historia). Fizyka, jako nauka o RZECZYWISTOŚCI musi się chyba jednak nieco wyzwolić z okowów matematyki. Traktować ją jako abstrakcyjny opis mniej lub bardziej możliwych modeli, a nie opisu rzeczywistości samej w sobie.
- Drugi problem wynika poniekąd z pierwszego. We współczesnej fizyce powstał dogmat (dogmatyzm, również zaciągnięty jest z matematyki gdzie nosi nazwę aksjomatów), że warunkiem koniecznym do uznania twierdzenia za prawdziwe jest „piękno”. Piękno polega na jak największym uproszczeniu modeli, tak by nie zgubić jego esencji (żeby sobie to wyobrazić przypomnijcie sobie wszelkie skracanie wzorów, itd.). Piękno polega na prostocie i klarowności danej koncepcji. Pojęcie piękna jest oczywiście subiektywne, ale uważa się, że wszelkie zbędne elementy nie pasujące do wzorów są brzydkie, a co za tym idzie uważane za błędne. Jeszcze gorzej, gdy pojawiają się wszelkie nieoznaczoności, nieskończoności itp. Taka koncepcja z góry uważana jest za błędną. (Swoją drogą naukowcy nie są tu do końca konsekwentni, ponieważ takim brzydkim elementem jest stała kosmologiczna, która dzisiaj uznawana jest za tzw. ciemną energię i jakoś nikomu to nie przeszkadza, no prawie nikomu).Być może, doszliśmy do takiego momentu w badaniach kosmologicznych i kwantowych, że nie da się już tworzyć ładnych, zgrabnych modeli żeby iść naprzód. Być może, poziom skomplikowania samej rzeczywistości nie pozwoli już na tworzenie takich konstrukcji i jeśli chcemy odkrywać głębsze prawidłowości, niestety będziemy musieli porzucić te „kanony piękna”. A jeśli kurczowo będziemy się ich trzymać, utkniemy w stagnacji i będziemy rozpaczliwie dreptać w kółko. (Co aktualnie trochę tak wygląda).Nie oznacza to jednak, że musimy porzucić kanony „piękna” i prostoty całkowicie. Musimy jednak dopuścić możliwość, że na nieznanych wodach, nowych zasad fizycznych, standardy te będą się załamywać.
Rewelacyjną krytykę dogmatyzmu i kryterium „piękności” zawiera książka Sabine Hossenfelder – „Zagubione w matematyce – fizyka w pułapce piękna”.
Kryzys dotyczy również modeli kosmologicznych. Im dłużej czytam i interesuję się zagadnieniami kosmologii i astronomii, tym bardziej mam poczucie, że ciemna materia i ciemna energia po prostu nie istnieją.
Po pierwsze dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba, powstał poważny problem związany z wiekiem Wszechświata i wiecie co… bardzo kurde słusznie. Gdyby nie obserwacje Webba, absolutnie nikt nie podważyłby wieku Wszechświata ustanowionego na śmieszne 13,8 mld lat. A dlaczego się cieszę. Ponieważ BARDZO dużo znaków na niebie wskazywało na to, że jest to niemal na pewno większa liczba. Oczywiście były bardzo stare galaktyki w bardzo młodym Wszechświecie, które nie powinny być aż tak duże i tak stare. Ale dowodów nie trzeba było szukać gdzieś na krańcach obserwowalnego Wszechświata. Weźmy np. HD 140283 (Matuzalem), oddaloną od nas o „zaledwie” 200 lś., której wiek początkowo oszacowano na 14,46 mld lat, następnie skorygowano na 13,7 mld lat po czym dokonano kolejnej korekty na 12 mld lat. Jest to gwiazda tzw. II populacji. Inną gwiazdą jest HE 1523-0901 oddalona od nas o 9900 lś., jej wiek szacowany jest na 13,2 mld lat, a nawet 13,6 mld lat. Te gwiazdy aż krzyczą, że Wszechświat musi być starszy niż te 13,8 mld lat. Ale dopiero Webb rozpoczął tą debatę, no bo jak to jakieś kilka gwiazd ma podważyć całą naszą koncepcję. No i Webb ją wyważył potężnym kopniakiem, razem z futryną.
Sceptycyzm wykazuję również w stosunku do tzw. ciemnej materii. Chociaż uważam, że „ciemna materia” może istnieć (a nawet na pewno istnieje) w postaci innych cząstek lub obiektów. W tym przypadku mam problem z nazwą. Uważam, że ciemna materia nie jest jednym magicznym elementem, ale składa się na nią wiele elementów m.in. wspomniane już wcześniej neutrina, wciąż hipotetyczne aksjony (chociaż istnieją silne przesłanki za ich istnieniem – np. pewne efekty kwantowe związane z oddziaływaniem silnym). Za problem brakującej masy mogą odpowiadać również obiekty fizyczne takie jak np. geon: byt składający się tylko z pola elektromagnetycznego lub grawitacyjnego (lub obu), który byłby podtrzymywany przez przyciąganie grawitacyjne własnej energii pola. Także w moim rozumieniu tzw. „ciemna materia” to raczej zbiorcze określenie na różne cząstki i byty, a nie jakaś konkretnie sprecyzowana klasa cząstek lub bytów i tak naprawdę nie jest to jakiś nowy „rodzaj materii”.
Ciemna energia (czyli energia samej próżni), w tym przypadku mam poważne wątpliwości co do ogólności istnienia jako takiej. Ciemna energia początkowo pojawiła się w einsteinowskich równaniach pola ogólnej teorii względności. Einstein umieścił ją w tych równaniach tymczasowo, nadając jej oznaczenie Λ i nazywając stałą kosmologiczną. Einstein nie trawił jej. Uważał ją za nieelegancką – (cytat Einsteina: Nie mogę uwierzyć, że coś tak brzydkiego faktycznie realizuje się w przyrodzie). Usunął ją, by po latach niechętnie przywrócić. I choć sam ją wprowadził, Einstein miał z nią problem, ja mam z nią problem i uważam, że wszyscy powinni mieć z nią problem. Trzeba podkreślić, że Einstein przywrócił ją, by równania wskazywały na statyczny Wszechświat (w równaniach Einsteina bez stałej kosmologicznej, to grawitacja dominowała we Wszechświecie). Edwin Hubble ponownie usunął stałą kosmologiczną. Niestety zmora wróciła… w 1998 r. wraz ze stwierdzeniem, że tempo rozszerzania się Wszechświata przyspiesza. Tak powstała koncepcja ciemnej energii, która jest jak ropiejąca rana na ciele kosmologii. Wszystkie dotychczasowe obserwacje nie wykazały jej istnienia (chociaż muszę stwierdzić, że trwają prace nad badaniami pustek kosmicznych, które mogą potwierdzić jej istnienie). Niechętnie zostawiam mały margines, że coś takiego faktycznie istnieje. Na chwilę obecną jednak, ciemna energia stanowi poważny problem. Jest jednak nadzieja. Istnieje bowiem przekonanie, że stała kosmologiczna jest taka sama dla całego Wszechświata. Pewne pomiary wskazują, że może to być jednak założenie błędne. Pomiary stałej kosmologicznej w przestrzeni mogą być prawdopodobnie różne. Taka przestrzeń o obniżonym zagęszczeniu dawałaby pozorne lub lokalne wrażenie przyspieszenia przestrzeni, co zgadzałoby się z obserwacjami (i różnicami w pomiarach napięcia Hubble’a – innego parametru kosmologicznego). Taka przestrzeń stanowiłaby obiekt o wdzięcznej nazwie Bańki Hubble’a (Hubble bubble). Co ciekawe, pomiary dające pierwsze dowody na to, że znajdujemy się w takiej bańce zostały przeprowadzone już w 1998 r. Czyli w roku w którym, koszmarek zwany ciemną energią do nas powrócił.
Alternatyw dla ciemnej energii jest więcej, są to inne modele kosmologiczne, a nawet koncepcja, że pewne prawa fizyki (co prawda takie same), ale w różny sposób oddziałujące w różnych częściach Wszechświata – na co wbrew pozorom też są przesłanki, obserwacyjne. To wszystko sprawia, że model jednorodnej energii działającej jednorodnie w całym Wszechświecie, zaczyna się dość poważnie chwiać. Ale jak już pisałem, zostawiam margines błędu, że byt taki niestety możne faktycznie istnieć.
To stanowi kolejny powód dla którego założyłem bloga. Możliwość stawiania trudnych pytań, rozważanie koncepcji które zostały nieco przykurzone, lub odrzucone. Poruszanie bez skrupułów takich znienawidzonych zagadnień jak model elektrycznego Słońca, pytanie o Faetona. I tak zdaję sobie sprawę, że koncepcje te zostały odrzucone nie bez przyczyny. Ale uważam, że poruszenie tych zagadnień i stawianie pytań jest ważne. Nauka nie może być skostniałym, pełnym dogmatów monolitem, ponieważ w takiej formie bardziej przypomina wiarę i religię niż naukę. Nauka ma bulgotać, ma wrzeć, mają spierać się w niej koncepcje. Taka ma być nauka. Oczywiście musi opierać się na jakichś zasadach, dlatego tak ważny jest eksperyment, obserwacja i doświadczenie. Nauka nie może być rzucaniem magicznych formuł, co niestety jest dzisiaj często spotykane w odniesieniu do np. fizyki kwantowej i prób wykorzystania jej do ugruntowania myślenia magicznego i astralnego. Oczywiście nie można nikomu zabronić takich praktyk, jednak w nauce nie ma na nie miejsca. Tak samo jak nie ma miejsca na dogmatyzm jaki zaczął w nią wrastać.
Dlatego też przedstawię kilka zasad jakimi będę się kierować pisząc tego bloga:
– poruszanie różnych zagadnień zwłaszcza astronomicznych, astrofizycznych i kosmologicznych, także tych które uważane są za kontrowersyjne lub niewygodne;
– ograniczenie poziomu abstrakcji. Nie wiem czy macie też takie odczucie, że jak słyszycie po raz setny czarne dziury to i tamto to przewracacie oczami, albo to że Słońce za ileś tam mld lat zmieni się w białego karła, a Droga Mleczna zderzy z Andromedą. To urosło do rangi sloganów, nic nie wnosi do debaty. U siebie będę starał się poruszać zagadnienia związane z najbliższym nam Układem Słonecznym. Egzoplanety (planety pozasłoneczne) i gwiazdy w zasadzie interesują mnie do 130 lś. od nas. Dlaczego? A dlatego, że zdolne przebić ziemską jonosferę fale radiowe zostały wysłane w latach 30. XX wieku. Dlatego też interesują mnie planety i gwiazdy znajdujące się w zasięgu ziemskiego „pola radiowego”. Do tego dodaję margines 30 lat – pierwsze stałe programy radiowe zaczęto nadawać w latach 20. XX wieku, a pierwszą transmisję w roku 1901. Najcenniejsze są planety w odległości do 40 lś., gdzie transmisja sygnału i potencjalny odbiór mają szansę dokonać się w przedziale ludzkiego życia.
Ograniczenie odległości interesujących obiektów oczywiście nie dotyczy obiektów w makroskali (np. galaktyk) czy obiektów egzotycznych takich jak magnetary, gwiazdy neutronowe itp. No i umówmy się, będę robić wyjątki;
– jak pewnie zauważyliście będę przedstawiał własne przemyślenia, a czasem może i koncepcje;
– blog będzie pisany językiem potocznym, z lekkim zachowaniem zasad formalnych (o ile to możliwe i w granicach rozsądku).
Na koniec chciałbym wspomnieć o amatorach. Posiadanie wykształcenia w obszarze fizyki i astronomii nie jest niezbędne, nawet dziś, żeby dokonywać odkryć. Wspomnę tu m.in.:
– tzw. Obiekt Hanny (Voorwerp Hanny, HsV), oddalony od nas o ok. 650 mln lś. obłok zjonizowanego gazu, wielkości małej galaktyki, natura obiektu nie jest pewna, ale wiadomo już, że dał początek nowej klasie obiektów kosmicznych – tzw. Voorwerpjes. Odkrywczynią obiektu jest holenderska nauczycielka muzyki – Hanna van Arkel.
– Nietypowa mgławica emisyjna, chociaż nie do końca jest to jej natura (mgławica świeci w widmie zjonizowanego tlenu i zjonizowanego wodoru) w okolicach Galaktyki Andromedy o mało wdzięcznej nazwie Strottner-Drechsler-Sainty Object 1 (SDSO-1) odkryta przez grupę astronomów amatorów (łącznie 10 osób). Ta sama grupa odkryła również inną mgławicę (w widmie zjonizowanego tlenu), ale również filar zjonizowanego wodoru z centrum Andromedy.
– Mgławica Pistacjowa, oddalona od nas o 50 000 lś., odkryta przez dwóch przyjaciół.
Takich przykładów jest dużo, dużo więcej. Dlatego mam nadzieję, że blog ten przekona was do odkrywania świata, nie jest bowiem prawdą, że wszystko już zostało odkryte czy powiedziane. Przykładem jest nawet nasza własna planeta, gdzie jest jeszcze bardzo dużo do odkrycia.
Ruszajmy więc na kosmiczną przygodę!
