Brian Greene: Czy nasz wszechświat to jedyny wszechświat?

W centrum współczesnej kosmologii leży zagadka: Czemu nasz Wszechświat wydaje się skalibrowany na powstanie warunków odpowiednich do rozwoju życia? Brian Greene podczas przeglądu najnowszych odkryć naukowych wyjaśnia niesamowitą teorię Wieloświata, który może być kluczem do wyjaśnienia tej zagadki.

Kilka miesięcy temu

przyznano Nagrodę Nobla z fizyki

dwóm zespołom astronomów

za odkrycie okrzyknięte

jedną z najważniejszych

obserwacji astronomicznych w historii.

Po krótkim wyjaśnieniu ich odkrycia

opowiem o kontrowersyjnym kontekście,

w jakim je wyjaśniono.

Mianowicie o możliwości,

że daleko poza Ziemią,

Drogą Mleczną i innymi galaktykami,

odkryjemy, że nasz Wszechświat

nie jest jedynym wszechświatem,

lecz tylko częścią

wielkiego zbioru wszechświatów

nazywanej Wieloświatem.

Koncepcja Wieloświata jest dziwna.

Większość z nas dorastała w przekonaniu,

że Wszechświat oznacza wszystko.

Mówię większość, bo moja 4 letnia córka

słyszy o Wieloświecie od urodzenia.

W zeszłym roku powiedziałem:

"Sophia, kocham cię

najbardziej we wszechświecie".

Zapytała:

"We wszechświecie czy Wieloświecie?"

(Śmiech)

Ale bez takiego wychowania

trudno sobie wyobrazić

oddzielne światy,

kompletnie różne od naszego,

ale zasługujące na miano wszechświatów.

Mimo że ten koncept

jest oparty na domysłach,

chcę was przekonać,

że powinniśmy traktować go poważnie,

bo może być prawdziwy.

Prelekcję podzielę na trzy części:

W części pierwszej

powiem o badaniach laureatów Nagrody Nobla.

Chcę zwrócić uwagę na tajemnicę,

na którą wskazują te odkrycia.

W części drugiej,

postuluję jak rozwikłać tą tajemnicę

w oparciu o teorię strun.

To tutaj pojawia się Wieloświat.

To tutaj pojawia się Wieloświat.

W części trzeciej

opowiem o teorii kosmologicznej,

mianowicie o inflacji,

która to wszystko zespoi.

Część pierwsza zaczyna się w 1929

kiedy Edwin Hubble zrozumiał,

że odlegle galaktyki

oddają się od nas,

bo przestrzeń się rozszerza.

bo przestrzeń się rozszerza.

To był przełom.

Wcześniej Wszechświat

był statyczny.

Wszyscy zgadzali się co do jednego:

Wszyscy zgadzali się co do jednego:

Wszechświat rozszerza się coraz wolniej.

Jak grawitacja Ziemi

spowalnia jabłko podrzucone w górę,

tak i siła grawitacji galaktyk

działających na siebie na wzajem

spowalnia rozszerzanie się przestrzeni.

spowalnia rozszerzanie się przestrzeni.

Przejdźmy do lat 90. XX wieku

kiedy dwa zespoły astronomów,

o których już wspomniałem,

wpadły na pomysł,

by zmierzyć jak bardzo zwalnia

ekspansja przestrzeni.

Osiągnęli to

dzięki żmudnym obserwacjom

wielu odległych galaktyk,

które pozwoliły zobrazować

zmianę tempa ekspansji w czasie.

Byli zaskoczeni odkrywając,

że ekspansja wcale nie spowalnia,

lecz przyspiesza

i to coraz bardziej.

Pomyślcie, że podrzucone jabłko

zaczyna przyśpieszać.

Widząc takie zjawisko,

chcielibyście zrozumieć przyczyny.

Jakie siły na nie działają?

Odkrycia tych astronomów

zasłużyły na Nagrodę Nobla,

ale nasunęły też pytanie:

jaka siłą sprawia,

że galaktyki oddalają się od siebie

coraz szybciej?

Obiecującą odpowiedź

można wysnuć z koncepcji Einsteina.

Przyzwyczailiśmy się,

że grawitacja robi tylko jedno:

przyciąga obiekty do siebie.

Ale teoria grawitacji Einsteina,

ogólna teoria względności,

dopuszcza grawitację, która odpycha.

Jak? Wyliczenia Einsteina pokazują,

że gdy przestrzeń

jest wypełniona energią,

jak jednolitą, niewidoczną mgłą,

wtedy grawitacja tej mgły odpycha.

wtedy grawitacja tej mgły odpycha.

Otrzymujemy antygrawitację,

co wyjaśnia te obserwacje.

Odpychająca grawitacja niewidzialnej energii,

Odpychająca grawitacja niewidzialnej energii,

czyli ciemnej energii,

zabarwiona na szaro, żeby ją było widać,

to antygrawitacja.

Sprawia, że galaktyki odpychają się nawzajem,

co przyśpiesza ekspansję,

a nie ją spowalnia.

To wyjaśnienie jest dowodem

niezwykłego postępu.

Ale obiecałem wam tajemnicę.

To jej część pierwsza.

Kiedy astronomowie obliczyli,

Kiedy astronomowie obliczyli,

ile ciemnej energii

musi znajdować się w przestrzeni,

by wyjaśnić akcelerację ekspansji

wyszło im to.

To mała wielkość.

Wyrażona odpowiednią jednostką

jest niesamowicie mała.

Zagadka polega na wyjaśnieniu tej wielkości.

Chcemy, żeby ta wielkość

wynikła z praw fizyki,

ale jeszcze nikomu się to nie udało.

Zastanawiacie się pewnie

czy to ważne.

Może wyjaśnienie

to tylko kwestia techniczna,

szczegół ważny dla ekspertów,

o nikłym znaczeniu dla innych.

Faktycznie, chodzi o szczegół,

ale niektóre szczegóły są bardzo ważne.

Niektóre szczegóły

to okna na niezbadaną rzeczywistość.

Ta liczba otworzyła takie okno,

bo żeby ją wyjaśnić

musimy dopuścić istnienie innych wszechświatów.

To konsekwencja teorii strun,

którą zaraz wyjaśnię.

Na chwilę zapomnijcie

o ciemnej materii,

bo chcę wyjaśnić

trzy podstawy teorii strun.

Po pierwsze, co to jest?

To próba urzeczywistnienia marzenia Einsteina

o jednolitej teorii w fizyce,

o jednolitej siatce pojęć

która opisałaby

wszystkie siły we Wszechświecie.

Sedno teorii strun

jest całkiem proste.

Mówi, że oglądając materię

z coraz mniejszej odległości

z początku widzimy cząsteczki,

potem atomy i cząstki elementarne.

Teoria mówi, że na skali jeszcze mniejszej

niż pozwala dzisiejsza technologia

zobaczymy, że cząstki składają się

z małych, wibrujących włókien energii,

wibrujących strun.

Tak jak w skrzypcach

każda struna wibruje inaczej

produkując różne dźwięki.

Te podstawowe struny

różnie wibrując

tworzą różne cząstki.

Elektrony, kwarki, neutrina, fotony

i inne cząstki elementarne.

Wszystkie połączone jedną teorią,

bo powstają dzięki wibrującym strunom.

To kuszący pomysł,

kosmiczna symfonia,

której bogactwo

widoczne w naszym świecie

powstaje z muzyki

granej przez maleńkie struny.

Ale elegancka unifikacja

ma też swoją cenę,

bo lata badań wykazały,

że teoria strun nie do końca działa.

Zawiera niespójności,

jeśli nie wprowadzimy

całkiem nowego elementu:

dodatkowych wymiarów przestrzeni.

Znamy trzy wymiary przestrzeni.

Znacie je jako

wysokość, szerokość i długość.

Teoria strun mówi, że w małych skalach

istnieją dodatkowe wymiary

ściśnięte do tak małych rozmiarów,

że ich nie wykryliśmy.

Mimo że wymiary są ukryte,

wpływają na rzeczy dla nas widoczne,

bo ich kształt

ogranicza wibrowanie strun.

W teorii strun

wibracje określają wszystko.

Masę cząstek, siłę oddziaływań

i, co najważniejsze, ilość ciemnej energii,

która też jest określana

przez kształt dodatkowych wymiarów.

Jeśli poznamy ich kształt,

będziemy mogli obliczyć te cechy

i ilość ciemnej energii.

Największe wyzwanie

stanowi dla nas fakt,

że nie znamy kształtu tych wymiarów.

Mamy tylko

listę możliwych kształtów

dopuszczonych przez wyliczenia.

Gdy rozwijano te teorie,

było tylko pięć możliwych kształtów.

Wyobraźcie sobie

ich analizę jednego po drugim

by sprawdzić,

czy prowadzą do obserwowanych cech.

Z czasem lista się wydłużyła,

bo naukowcy postulowali nowe kształty.

Z pięciu zrobiło się setki, a potem tysiące.

Spore zadanie, ale nadal wykonalne,

bo w końcu doktoranci

też muszą mieć zajęcie.

Jednak lista robiła się coraz dłuższa

dopuszczając miliony i miliardy.

Dziś lista możliwych kształtów

rozrosła się do 10 do pięćsetnej potęgi.

Co więc zrobić?

Niektórzy się zniechęcili,

bo liczne kształty dawały początek

innym własnościom fizycznym,

więc teorii strun

nigdy nie da się zweryfikować.

Inni wywrócili wszystko do góry nogami,

rozważając możliwość istnienia Wieloświata.

Zaraz to wyjaśnię.

Może każdy z nich ma taką samą rację bytu.

Każdy kształt jest tak samo prawdziwy

w tym sensie,

że jest wiele wszechświatów,

każdy z innymi kształtami dodatkowych wymiarów.

Ta radykalna propozycja

ma wielki wpływ na naszą zagadkę,

na wyznaczoną ilość ciemnej energii.

Otóż jeśli istnieją inne wszechświaty

Otóż jeśli istnieją inne wszechświaty

i jeśli dzięki dodatkowym wymiarom

mają one inne kształty,

to każdy będzie miał własne cechy fizyczne,

a w szczególności

ilość ciemnej energii

w każdym będzie inna.

Kluczem do wyjaśnienia

obliczonej ilości ciemnej energii

będzie zupełnie co innego.

Prawa fizyki nie mogą wyjaśnić

konkretnej ilości ciemnej energii,

bo nie jest to jedna wartość,

ale wiele wartości.

Co oznacza,

że zadawaliśmy złe pytanie.

Powinniśmy zapytać,

czemu znaleźliśmy się we wszechświecie,

który zawiera tyle właśnie ciemnej energii,

zamiast w innym z możliwych wszechświatów?

zamiast w innym z możliwych wszechświatów?

To pytanie oznacza postęp.

Te wszechświaty,

które mają więcej ciemnej energii,

nie pozwalają na powstanie galaktyk,

bo antygrawitacja ciemnej energii

odpycha materię,

nie pozwalając na formowanie galaktyk.

Wszechświaty, które mają mniej ciemnej energii

bardzo szybko się zapadają,

więc tam też nie powstają galaktyki.

Bez galaktyk nie ma gwiazd ani planet,

i nie ma szansy

na powstanie życia

w znanej nam formie.

Jesteśmy we Wszechświecie,

który zawiera konkretną ilość ciemnej energii,

bo warunki w naszym Wszechświecie

sprzyjają powstaniu znanych nam form życia.

To wszystko.

Zagadka rozwiązana,

Wieloświat odnaleziony.

Niektórym to wyjaśnienie nie wystarczy.

Polegamy na fizyce,

która wyjaśnia obserwowalny świat.

Chodzi jednak o to,

że cechy, które widzimy

przybierają różne formy i wartości

przybierają różne formy i wartości

w szeroko rozumianej rzeczywistości.

Przyjmowanie jednego wyjaśnienia

dla konkretnej wartości

jest błędne.

Wczesnym tego przykładem

jest praca Keplera,

który miał obsesję

na punkcie zrozumienia pewnej wartości:

czemu Słońce dzieli od Ziemi 150 mln. km?

Kilkadziesiąt lat zmagał się z tym bezowocnie,

a my wiemy czemu.

Kepler zadawał niewłaściwe pytanie.

Kepler zadawał niewłaściwe pytanie.

Istnieje wiele planet

w różnych odległościach od swoich gwiazd.

Nadzieja, że prawa fizyki

wyjaśnią konkretną wartość, 150 mln. km.,

jest płonna.

Poprawne pytanie to:

czemu ludzie są na planecie,

która jest w tej konkretnej odległości

od swojej gwiazdy?

Na to pytanie możemy odpowiedzieć.

Planety bliżej gwiazdy

są za gorące

dla istnienia znanych nam form życia.

Planety, które są dalej,

są za zimne,

by życie mogło się na nich pojawić.

Jesteśmy na planecie,

w tej a nie innej odległości od Słońca,

bo właśnie tutaj są warunki

niezbędne do powstania życia.

Badanie planet i ich położenia

to właściwy trop.

To samo się tyczy wszechświatów

i ilości ciemnej energii, którą zawierają;

to również właściwy trop.

Zasadnicza różnica polega na tym,

że wiemy o istnieniu innych planet,

ale istnienie innych wszechświatów

było do tej pory jedynie spekulacją.

By to wszystko zebrać

potrzebny nam mechanizm

powstawania wszechświatów.

To prowadzi nas do ostatniej, trzeciej części.

Taki mechanizm został odkryty,

przez kosmologów studiujących Wielki Wybuch.

Mówiąc o Wielkim Wybuchu

mamy w głowie obraz

kosmicznej eksplozji,

która stworzyła wszechświat

i rozepchnęła przestrzeń.

Ale jest mały sekret.

Wielki Wybuch pomija ważną kwestię:

sam Wybuch.

Mówi nam o rozwoju wszechświata po Wybuchu,

ale nie wyjaśnia

przyczyny Wybuchu.

Ta luka została zapełniona

przez udoskonaloną teorię Wielkiego Wybuchu,

zwaną inflacją kosmologiczną.

Określa ona rodzaj paliwa,

które może napędzać

ekspansję przestrzeni.

Paliwo jest oparte na polu kwantowym,

ale dla nas ważne jest tylko to,

że to paliwo jest tak wydajne,

że praktycznie nie da się

zużyć go w całości,

co w teorii inflacji oznacza,

że Wielki Wybuch

nie jest odosobniony.

Paliwo, które dało początek Wielkiemu Wybuchowi

może dać początek innym Wielkim Wybuchom,

z których każdy owocuje osobnym wszechświatem.

Nasz Wszechświat staje się jedną bańką,

w wielkiej kosmicznej pianie wszechświatów.

Łącząc to z teorią strun,

widzimy ten obraz:

każdy ze wszechświatów ma dodatkowe wymiary.

Te wymiary mogą mieć różne kształty.

Różne kształty skutkują różnymi cechami fizycznymi.

Jesteśmy w tym Wszechświecie a nie innym,

bo tylko w naszym Wszechświecie

te wielkości fizyczne, ilość ciemnej energii,

sprzyjają powstaniu znanych nam form życia.

To pociągający acz kontrowersyjny obraz

większego kosmosu,

który najnowsza technologia i teorie

każą nam poważnie wziąć pod uwagę.

Pozostaje pytanie,

czy kiedyś potwierdzimy

istnienie innych wszechświatów?

Opowiem w jaki sposób

może do tego dojść.

Teorię inflacji już można zweryfikować

dzięki obserwacjom.

Ta teoria przewiduje,

że Wielki Wybuch był tak intensywny

że gdy przestrzeń się rozszerzyła,

kwantowe wibracje z mikro świata

rozciągnęły się na makro świat,

pozostawiając widoczny ślad:

wzór gorętszych i zimniejszych obszarów kosmosu,

wzór gorętszych i zimniejszych obszarów kosmosu,

co potwierdziły silne teleskopy.

Jeśli inne wszechświaty istnieją,

to według teorii

te wszechświaty się zderzają.

Jeśli nasz wszechświat

zderzył się z innym,

pozostawiłoby to nieznaczny ślad

w różnicach temperatury przestrzeni,

który kiedyś może uda nam się odkryć.

który kiedyś może uda nam się odkryć.

Choć pomysł wydaje się dziwny,

pewnego dnia

może znaleźć poparcie w obserwacjach,

potwierdzając istnienie innych wszechświatów.

Zakończę prelekcję

ważnym wnioskiem

który wynika z tych koncepcji

dla dalekiej przyszłości.

Nauczyliśmy się,

że Wszechświat nie jest statyczny,

że następuje ekspansja przestrzeni,

że jej tempo wzrasta,

że mogą istnieć inne wszechświaty,

a to wszystko dzięki analizie

położenia nikłego światła gwiazd,

pochodzącego z odległych galaktyk.

Tempo ekspansji wzrasta,

więc w odległej przyszłości

te galaktyki będą się oddalać tak szybko,

że nie będzie można ich dostrzec.

Nie ze względu na ograniczenia technologiczne,

ale ze względu na prawa fizyki.

Światło galaktyk,

nawet podróżując z prędkością światła,

nie pokona poszerzającej się otchłani

jaka między nami powstanie.

Astronomowie w dalekiej przyszłości

patrząc w niebo

zobaczą tylko nieskończoną,

nieruchomą ciemność.

Wtedy uznają,

że Wszechświat jest statyczny i niezmienny,

z samotną oazą materii,

w której mieszkają.

Jak dobrze wiemy, taki obraz kosmosu

jest błędny.

Może astronomowie przyszłości

dotrą do zapisów z wcześniejszej ery,

które zaświadczą

o ekspansji Wszechświata

pełnego galaktyk.

Ale czy dadzą wiarę

starożytnej wiedzy?

Czy raczej uwierzą

w czarny, statyczny Wszechświat,

potwierdzony przez ich własne obserwacje?

Podejrzewam to drugie.

Jesteśmy uprzywilejowani,

żyjąc w tym niesamowitym okresie,

kiedy podstawowe prawdy o wszechświecie

są nadal w zasięgu ręki,

gotowe do odkrycia.

Nie zawsze tak będzie.

Dzisiejsi astronomowie

kierując teleskopy w niebo,

wyłapali niezwykle pouczające fotony,

które są jak kosmiczny telegram,

w drodze od miliardów lat.

Ta ponadczasowa wiadomość jest jasna.

Czasami natura ukrywa swe sekrety

w zaciśniętej pięści

praw fizyki.

Czasem prawda o rzeczywistości

kryje się tuż za horyzontem.

Dziękuję.

(Brawa)

Chris Anderson: Dziękuję Brian.

Mówiłeś o tylu niesamowitych,

oszałamiających i ekscytujących rzeczach.

Twoim zdaniem,

gdzie jest teraz kosmologia,

z punktu widzenia historii?

Czy jesteśmy w centrum czegoś niezwykłego?

BG: Trudno powiedzieć.

Wiedząc, że przyszli astronomowie

nie będą mieli wystarczających danych,

by cokolwiek odkryć, można zakładać,

że kluczowe cechy Wszechświata

również umknęły naszej możliwości pojmowania,

bo kosmologia wciąż ewoluuje.

Być może

zawsze będziemy zadawać pytania,

na które nigdy nie poznamy odpowiedzi.

Z drugiej strony,

teraz znamy wiek Wszechświata.

Rozumiemy jak interpretować dane

z mikrofalowego promieniowania tła,

które powstało 13,72 mld lat temu.

Dziś jesteśmy w stanie wyliczyć, jak miało wyglądać,

i nasze obliczenia się sprawdzają.

To niesamowite.

Zaszliśmy niesamowicie daleko,

ale kto wie, co nas czeka w przyszłości.

CA: Będziesz z nami przez kilka dni.

Może zdążymy jeszcze o tym porozmawiać.

Dziękuję, Brian.
BG: Nie ma za co.

(Brawa)