Przed początkiem czasu

Echa minionych przyszłości
Co było przed Wielkim Wybuchem? Jeszcze niedawno Sir Roger Penrose, brytyjski gigant nauk ścisłych, twierdził, że to pytanie bez sensu. Ale właśnie zmienił zdanie.
Penrose zdobył sławę przenikliwego umysłu już lata temu, gdy wraz z Hawkingiem definiował pojęcie osobliwości w fizyce i kosmologii.
EAST NEWS

Penrose zdobył sławę przenikliwego umysłu już lata temu, gdy wraz z Hawkingiem definiował pojęcie osobliwości w fizyce i kosmologii.

Nuda. Tak w skrócie można opisać ostatni etap ewolucji Wszechświata. Galaktyki, gwiazdy, planety, życie na nich, informacje, wiedza – wszystko to przepadnie bez śladu. Kiedy po niewyobrażalnie długim czasie wypalą się gwiazdy, w przestrzeni kosmicznej unosić się będą popioły, pojedyncze cząstki, które nie zdołały odnaleźć swych antycząstek i zniknąć, wydzieliwszy przewidzianą równaniami fizycznymi porcję energii. Zostanie jeszcze coś – niedostrzegalne gołym okiem, ale potężne czarne dziury pochłaniające wszystko, co trafi w zasięg ich przyciągania. Ale i one z czasem wyparują. Znikną nie w piekielnym ogniu gigantycznej eksplozji, lecz po cichu i nieefektownie. Potem przestrzeń będzie się rozszerzać, rozrzedzać, stygnąć. Potrwa to dłuższą chwilę. A dokładniej: wieczność.

W ten nieco depresyjny sposób zaplanowali nam dalszą przyszłość kosmologowie. Wśród nich był Sir Roger Penrose, jeden z największych żyjących fizyków i matematyków (niektórzy twierdzą, że to matematyk podający się za fizyka). Był do niedawna, bo kilka lat temu zaczął się przemieszczać na inne pozycje, by w końcu wykonać woltę (co opisał w wydanej niedawno książce „Cycles of Time”). Dziś ten urodzony w 1931 r. Brytyjczyk, emerytowany profesor University of Oxford, laureat najważniejszych nagród świata nauki, znany powszechnie ze stanowczego ucinania wszelkich dyskusji na temat tego, co też mogło się dziać przed Wielkim Wybuchem, mówi: rozważmy poważnie możliwość, że nasz Wszechświat miał już wiele wcieleń.

Penrose sugeruje, że kiedy kosmos staje się naprawdę stary, pusty i zimny (liczy sobie około 10 do setnej potęgi lat), niejako traci poczucie czasu i zaczyna istnienie od nowa. Wynurza się z bezczasowej pustki, w którą najpierw zapadł. A potem znowu zapada. Penrose dołącza tym samym do niewielkiego, ale zacnego grona uczonych, którzy przekonują, że Koniec jest jednocześnie Początkiem (o pomyśle Paula Steinhardta i Neila Turoka pisaliśmy w POLITYCE 52/10). Parę tygodni temu pojawiły się pierwsze wyniki obserwacji interpretowane na korzyść hipotezy Brytyjczyka. Chwilę potem inne – pomniejszające ich wagę. Na blogach naukowych z całego świata zawrzało.

Interesująca nuda

Penrose ma istotne powody, by wątpić w to, że kosmologiczny stoper został uruchomiony dopiero podczas Wielkiego Wybuchu. Jego zdaniem coś się nie zgadza w rachunkach opisujących przebieg tego wydarzenia. Ba – kłopot jest z samą ideą Wielkiego Wybuchu rozumianego jako prapoczątek, praprzyczyna rozszerzania się Wszechświata. Zdążyliśmy już do niej przywyknąć – być może niesłusznie. Ta zbudowana przez świetnego fizyka rosyjskiego Aleksandra Friedmanna, a oparta na równaniach ogólnej teorii względności Einsteina koncepcja liczy sobie już prawie 90 lat. W 1929 r. potwierdził ją wstępnie astronom amerykański Edwin Hubble. W 1965 r. Arno Penzias i Robert Wilson, wykorzystując tubę blaszanej anteny w Holmdel, zarejestrowali dziwny szum, który okazał się promieniowaniem reliktowym – rodzajem fotografii wykonanej Wszechświatowi tuż po jego narodzinach. Również ona pasowała znakomicie do modelu Friedmanna. Coś jednak do tej hipotezy wciąż nie do końca przystaje – a mianowicie wnioski płynące z drugiej zasady termodynamiki.

To zagadkowe nawet dla fizyków prawo mówi o wielkości zwanej entropią (jego dziwność wyraża się m.in. tym, że nie opisuje równoważności różnych wielkości, jak to czynią inne zasady fizyki, a tylko wyróżnia pewien kierunek zmian). Entropia bywa nazywana miarą nieuporządkowania. I – na mocy drugiej zasady termodynamiki – nieubłaganie rośnie wraz z upływem czasu. Każdy izolowany od otoczenia układ dążyć będzie do stanu o maksymalnej entropii, który dobry gospodarz (lub gospodyni) nazwie bałaganem, a fizyk – stanem równowagi termodynamicznej. Dotyczy to także Wszechświata. Z tym że tradycyjnie rozumiany Wielki Wybuch miałby być stanem o maksymalnej entropii. O tym świadczy rozkład promieniowania reliktowego. Tymczasem z codziennych i kosmologicznych obserwacji wynika, że entropia nieustannie rośnie – tak jakby osiągnąwszy maksimum dalej pięła się w górę. To zdaje się kłócić ze zdrowym rozsądkiem, a przede wszystkim – z prawami fizyki, twierdzi Penrose. Może więc trzeba je zmienić?

W splinie schyłku Wszechświata jest jednak coś bardzo interesującego, zauważa Penrose. Nie będzie już wówczas nikogo, kogo mógłby on znudzić czy wpędzić w depresję, bo upływ czasu przestanie być odczuwalny. Oczywiście chodzi nie tyle o byty ożywione, ile o cząsteczki obdarzone masą (tzw. masą spoczynkową). Tylko takie obiekty dają punkt odniesienia w procesie odmierzania czasu (tylko z nich można skonstruować chronometr). Gasnący, zmierzający do temperatury zera bezwzględnego kosmos przemierzać będą przypuszczalnie tylko fotony (cząsteczki światła), grawitony (hipotetyczne cząsteczki przenoszące oddziaływania grawitacyjne) i (ewentualnie) inne pozbawione masy cząsteczki. Dla nich wieczność to pestka. Złożony z nich Wszechświat straci poczucie czasu. Jednocześnie straci też poczucie swych rozmiarów (bo niby czym je mierzyć, do czego przyrównywać?). Co więcej – jeszcze zanim to nastąpi, jego entropia radykalnie spadnie. Kosmos zostanie uporządkowany za sprawą... czarnych dziur.

Mało kto wie o nich więcej niż Penrose. Blisko pół wieku temu, wraz ze Stephenem Hawkingiem, udowadniał, że te egzotyczne obiekty wytwarzające pole grawitacyjne tak silne, że potrafiące uwięzić nie tylko materię, ale i światło, mogą powstawać z zapadających się gwiazd. Wydaje się, że są stałymi i pospolitymi rezydentami centrów wielkich galaktyk (Droga Mleczna też ma swoją, 4 mln razy masywniejszą niż Słońce). O ich istnieniu świadczą trudne do wytłumaczenia w inny sposób ruchy pobliskich obiektów kosmicznych. Wytrawny znawca czarnych dziur, astrofizyk indyjski Subramanyan Chandrasekhar, mawiał, że to najprostsze oraz najbardziej doskonałe obiekty we Wszechświecie. I najbardziej żarłoczne, mógłby dodać Penrose. Pochłaniają nie tylko materię i promieniowanie, ale i – tu cytaty – „stopnie swobody”, powodując tym samym kurczenie się „przestrzeni fazowej” Wszechświata. Nie wdając się w matematyczne wyjaśnienia, powiedzieć można, że czarne dziury zmniejszają entropię i przeprowadzają Wszechświat w stan, który niczym nie różni się od tego tuż po Wielkim Wybuchu.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną