Kolejna porcja moich astronomicznych i astrofizycznych lektur

(dodanych na początku 2020 roku, a są to prezenty, jakie otrzymałam w grudniu 2019 roku):

 

- "Witamy we Wszechświecie" (2019) Neil deGrasse Tyson, Michael A. Strauss, J. Richard Gott

- "Kosmiczne rozterki" (2018) Neil deGrasse Tyson

- "The Hubble Cosmos. 25 Years of the New Vistas in Space" National Geographic (2015) David H. Devorkin, Robert W. Smith i Robert P. Kirshner

- "Kosmos. Nauka - to lubię" (2014) Tomasz Rożek

- "Mein großer Sternenatlas" (2019) Karolin Küntzel

- "Krótkie odpowiedzi na wielkie pytania" (2018) Stephen Hawking

- "Po prostu Hawking. Genialne idee w prostych słowach" (2019) Rüdiger Vaas

- "Wielki projekt" (2017) Stephen Hawking i Leonard Mlodinow

- "Fizyka rzeczy niemożliwych. Fazery, pola siłowe, teleportacja i podróże w czasie" (2011) Michio Kaku

Oto spis treści książki Neila deGrasse Tysona, Michaela A. Straussa, J. Richarda Gotta "Witamy we Wszechświecie. Podróż astrofizyczna", tytuł oryg.: Welcome to the Universe. An Astrophysical Tour (wyd. Zysk i S-ka, Poznań 2019).

Gwiazdy, planety i życie:
- Rozmiary i skale Wszechświata
- Od dziennego i nocnego nieba do planetarnych orbit
- Prawa Newtona
- Jak gwiazdy emitują promieniowanie i energię I
- Jak gwiazdy emitują promieniowanie i energię II
- Widma promieniowania gwiazd
- Życie i śmierć gwiazd I
- Życie i śmierć gwiazd II
- Dlaczego Pluton nie jest planetą
- Poszukiwanie życia w Galaktyce

Galaktyki:
- Ośrodek międzygwiezdny
- Nasza Droga Mleczna
- Wszechświat galaktyk
- Ekspansja Wszechświata
- Wczesny Wszechświat
- Kwazary i supermasywne czarne dziury

Einstein i Wszechświat:
- Droga Einsteina do teorii względności
- Konsekwencje szczególnej teorii względności
- Ogólna teoria względności Einsteina
- Czarne dziury
- Kosmiczne struny, tunele czasoprzestrzenne i podróże w czasie
- Kształt Wszechświata i Wielki Wybuch
- Inflacja i ostatnie odkrycia kosmologii
- Nasza przyszłość we Wszechświecie

Dodatek 1. Wprowadzenie E=mc2
Dodatek 2. Bekenstein, entropia czarnych dziur i informacja

Oto parę cytatów z książki Neila deGrasse Tysona "Kosmiczne rozterki" (wyd. Insignis, Kraków 2018).

- "Najbardziej oczywista i widoczna forma zanieczyszczenia światłem to lampy uliczne. Widać je bardzo często przez okna samolotu w trakcie nocnych lotów, co oznacza, że lampy uliczne oświetlają nie tylko ulice, ale także resztę wszechświata. Najbardziej winne są nieosłonięte latarnie, pozbawione luster lub osłon. Tam, gdzie się ich używa, trzeba inwestować w mocniejsze żarówki, ponieważ połowa strumienia światła zwrócona jest w górę. To zmarnotrawione światło, posłane prosto w nocne niebo, powoduje, że większość globu nie nadaje się do obserwacji astronomicznych. [...]
Kłopot astrofizyków nie polega na tym, że światło ucieka w przestrzeń, lecz na tym, że para wodna, pyły i zanieczyszczenia znajdujące się w dolnej warstwie atmosfery odbijają część uciekających fotonów z powrotem w kierunku Ziemi, zamieniając niebo w jarzący się przejaw nocnego życia miasta. W miarę jak skupiska ludzkie stają się coraz jaśniejsze, obserwowane obiekty w kosmosie zaczynają być coraz mniej widoczne, utrudniając nam dostęp do wszechświata.[...]
Rozmyte obiekty, takie jak komety, mgławice i galaktyki, stają się coraz mniej widoczne na niebie coraz bardziej zanieczyszczonym światłem miast. Urodziłem się i wychowałem w Nowym Jorku i przez całe życie ani raz nie widziałem w tym mieście Drogi Mlecznej. Gdy spojrzysz na nocne niebo z zalanego przez światła Times Square, może zobaczysz jakiś tuzin gwiazd. W czasach, gdy po mieście kuśtykał Peter Stuyvesant, z tego samego placu widoczne były ich tysiące. Nic więc dziwnego, że w kulturach starożytnych ludów poczesne miejsce zajmowała wiedza o niebie; tymczasem w kulturach ludów współczesnych, niemających zielonego pojęcia o nocnym niebie, poczesne miejsce zajmuje znajomość programu wieczornej telewizji." - "Księżyc w pełni jest tak jasny, że redukuje liczbę gwiazd widocznych gołym okiem z tysięcy do setek. Księżyc w pełni jest ponad dziesięć razy jaśniejszy niż wtedy, gdy oświetlona jest połowa tarczy Księżyca (w pierwszej lub trzeciej kwadrze). Światło Księżyca redukuje także liczbę meteorów widocznych w czasie deszczu meteorowego(aczkolwiek chmury są pod tym względem bardziej skuteczne), niezależnie od twojego położenia na Ziemi. Dlatego nigdy nie życz pełni Księżyca astronomowi planującemu obserwacje przez duży teleskop. To prawda, że siły pływowe Księżyca tworzą baseny pływowe oraz inne dynamiczne siedliska, które przyczyniły się do przejścia od morskich form życia do lądowych i w rezultacie do pojawienia się ludzi na Ziemi. Ale pomijając ten szczegół, większość astronomów, a zwłaszcza kosmologów, byłaby szczęśliwa, gdyby Księżyc nigdy nie istniał."
- "W ciągu ostatniego półwiecza radioastronomowie odkryli zdumiewające obiekty - pulsary, kwazary, molekuły w przestrzeni kosmicznej, a także kosmiczne promieniowanie tła, pierwszy dowód teorii Wielkiego Wybuchu. Współczesne radioteleskopy są tak czułe, że nawet zwykłe połączenie komórkowe może zagłuszyć te słabe sygnały - rozmowa telefoniczna dwóch astronautów na Księżycu byłaby jednym z najsilniejszych sygnałów na radiowym niebie. Gdyby Marsjanie używali komórek, nasze najpotężniejsze radioteleskopy, bez trudu wykryłyby ich sygnały."

Poniżej podaję spis treści książki Neila deGrasse Tysona "Kosmiczne rozterki", tytuł oryg.: Death by Black Hole and Other Cosmic Quandaries; Sections 4-7.

Sens życia; wyzwania i pożytki z wiedzy o tym, jak doszliśmy tu, gdzie jesteśmy:
- Z pyłu powstałeś
- Gwiezdne kuźnie
- Bujanie w kosmicznych obłokach
- Złotowłosa i trzy planety
- Woda, woda
- Przestrzeń życiowa
- Życie we wszechświecie
- Nasza radiowa bańka
Gdy wszechświat staje się zły; wszystkie sposoby, na jakie kosmos chce nas zabić:
- Chaos w Układzie Słonecznym
- Nadciągające atrakcje
- Końce świata
- Galaktyczne silniki
- Epizody wymierania
- Śmierć w czarnej dziurze
Nauka i kultura; na styku odkrycia i jego społecznej percepcji:
- Co ludzie mówią
- Strach przed liczbami
- Stan konsternacji
- Ślady stóp na piaskach nauki
- Niech stanie się ciemność
- Noce w Hollywood
Nauka i Bóg; zderzenia wiary i religii:
- Na początku było
- Święte wojny
- Granica ignorancji

Neil deGrasse Tyson (ur. w Nowym Jorku 5 października 1958 roku, a więc mój rówieśnik) należy do moich ulubionych autorów książek astrofizycznych i astrofizyków - celebrytów, którzy popularyzują naukę. Wprost uwielbiam oglądać dokumentalny serial popularnonaukowy "Kosmos" (tytuł oryg.: Cosmos. A SpaceTime Odyssey), który wspaniale prowadzi. Neil deGrasse Tyson ma u mnie wielki plus za powiedzenie, że filozofia jest bezużyteczna oraz stwierdzenie, iż wiara wielu wielkich naukowców w inteligentne projektowanie ograniczyła ich badania naukowe, ze szkodą dla postępu wiedzy naukowej.
https://www.nationalgeographic.com.au/neil-degrasse-tyson/
https://www.haydenplanetarium.org/tyson/

Tomasz Rożek (ur. 30 listopada 1976 roku w Katowicach) jest fizykiem, dziennikarzem naukowym i popularyzatorem nauki. Bogata w kolorowe fotografie i rysunki książka "Kosmos. Nauka - to lubię" (wyd. 2014) jest naprawdę bardzo fajna, aczkolwiek czuję tu wręcz megagalaktyczny zgrzyt; autor książki wykazuje wiele aktywności w internetowych sferach kościelno-religijnych, a więc pozwolił, aby jego umysł został skażony wirusem wiary.

Spis książki Stephena Hawkinga "Krótkie odpowiedzi na wielkie pytania" z przedmową aktora Eddiego Redmayne'a (który wcielił się w postać Stephena Hawkinga w filmie Teoria wszystkiego) i wstępem astrofizyka Kipa S. Thorne'a oraz posłowiem córki Hawkinga - Lucy Hawking, tytuł oryg.: Brief Answers to the Big Questions (wyd. Zysk i S-ka, Poznań 2018; książka ma 264 strony, nie posiada ilustracji):

- Dlaczego musimy zadawać wielkie pytania
- Czy istnieje Bóg?
- Jak to się wszystko zaczęło?
- Czy są inne istoty rozumne we wszechświecie?
- Czy da się przewidzieć przyszłość
- Co jest wewnątrz czarnej dziury?
- Czy możliwa jest podróż w czasie?
- Czy ludzkość przetrwa na Ziemi?
- Czy powinniśmy skolonizować kosmos?
- Czy sztuczna inteligencja zdominuje ludzką?
- Czy możemy kształtować naszą przyszłość?

Spis bogato ilustrowanej książki Rüdigera Vaasa "Po prostu Hawking. Genialne idee w prostych słowach", tytuł oryg. Einfach Hwking! Geniale Gedanken schwerelos verständlich (wyd. Bellona, Ożarów Mazowiecki 2019; książka ma 183 strony).

- Świat Stephena Hawkinga
- Zagadka Wielkiego Wybuchu (Początek uniwersum. Drobne odchylenia z wielkimi skutkami. Wzrost Wszechświata. Wszechświat jako balon. Granica przeszłości)
- Wyprawa do tego, co urojone (Punkt końcowy fizyki? Założenia, alternatywy i konsekwencje. Wszechświat bez granic. Skąd wywodzi się czas? Pomost do odwróconego czasu. Pierwsze światło. Płaski świat. Jak urósł Wszechświat? Największe z najmniejszego. Narodziny materii. Wieczna inflacja i multiwszechświat)
- Pułapki siły ciężkości (To, co najprostsze. Żarłoczne jamy i kreatywne siły. Zapaść w otchłań bez dna. Za horyzontem droga prowadzi dalej - tylko dokąd? Czarne dziury w praktyce. Drżenie czasoprzestrzeni)
- Czarne dziury nie są czarne (Eksplozywne informacje. Czarne dziury z Wielkiego Wybuchu? Napis na nagrobku Hawkinga i kostka Boga. Zaginięcie bez śladu? Przegrany zakład Hawkinga. Czarne dziury z chaosem i miękkimi włosami)
- Przyszłość i podróże w czasie (Siła nieporządku. Gdy czas biegnie wstecz - zcetsw eingeib sazc ydg. Największy błąd Hawkinga. Myślenie na zapas. Tunele czasoprzestrzenne i piana kwantowa. Czy czas jest drogą jednokierunkową? Przypuszczenie ochrony chronologii. Czy istnieją maszyny czasu do podróżowania w tunelach czasoprzestrzennych? Kwestia czasu)
- Kosmici, Bóg i świat (Wyprawa w kosmos. Strach przed kosmitami. Poszukiwanie wzoru na świat. Czy jest jeszcze miejsce na stwórcę? Inne wszechświaty i koniec fizyki>?
- Więcej o Wszechświecie Hawkinga

Spis książki Stephena Hawkinga i Leonarda Mlodinova "Wielki projekt", tytuł oryg.: The Grand Design (wyd. Albatros, Warszawa 2017; książka ma 232 strony oraz ilustracje).

- Tajemnica bytu
- Rządy prawa
- Czym jest rzeczywistość?
- Historie alternatywne
- Teoria wszystkiego
- Nasz Wszechświat
- Prawdziwy cud
- Wielki projekt
- Słowniczek 

Niżej podaję spis treści książki Michio Kaku "Fizyka rzeczy niemożliwych. Fazery, pola siłowe teleportacja i podróże w czasie", tytuł oryg.: Physics of the Impossible. A Scientific Exploration into the World of Phasers, Force Fields, Teleportation, and the Time Travel (Prószyński i S-ka, 2012).

Niemożliwości typu I:
- Pola sił
- Niewidzialność
- Fazery i gwiazdy śmierci
- Teleportacja
- Telepatia
- Psychokineza
- Roboty
- Istoty pozaziemskie i UFO
- Statki kosmiczne
- Antymateria i antywszechświaty

Niemożliwości typu II:
- Szybciej od światła
- Podróże w czasie
- Wszechświaty równoległe

Niemożliwości typu III:
- Perpetuum mobile
- Prekognicja
Epilog - przyszłość rzeczy niemożliwych

Oto fragment wspaniałego Wstępu do książki "Fizyka rzeczy niemożliwych" Michio Kaku.

"Czy będziemy kiedyś potrafili przechodzić przez ściany? Budować statki kosmiczne poruszające się szybciej od światła? Odczytywać myśli innych osób? Stać się niewidzialnymi? Przesuwać przedmioty siłą samych myśli? Przesyłać nasze ciała w mgnieniu oka w inny zakątek przestrzeni kosmicznej?
Pytania te fascynują mnie od dzieciństwa. Gdy dorastałem, pociągała mnie, jak wielu innych fizyków, możliwość podróży w czasie, istnienia broni strzelającej wiązkami energii, pól siłowych, wszechświatów równoległych i tym podobnych. Magia, fantazja i fantastyka naukowa razem tworzyły olbrzymi plac zabaw dla mojej wyobraźni. Zapoczątkowały trwające przez całe życie zauroczenie tym, co niemożliwe.
Pamiętam, jak oglądałem w telewizji powtórki serialu Flash Gordon. W każdą sobotę wpatrywałem się w telewizor, podziwiając przygody Flasha, dr. Zarkova i Dale Arden, zachwycając się otaczającym ich przepychem futurystycznej techniki: statkami kosmicznymi, tarczami niewidzialności, działami wystrzeliwującymi wiązki energii i unoszącymi się na niebie miastami. Nie przegapiłem ani jednego odcinka. Film ten otworzył przede mną całkowicie nowy świat. Uwielbiałem wyobrażać sobie, że kiedyś polecę rakietą na jakąś obcą planetę, żeby badać jej niezwykłą powierzchnię. Zostałem wciągnięty na orbitę tych fantastycznych wynalazków i wiedziałem, że moje przeznaczenie musi być w jakiś sposób związane z wszystkimi obiecywanymi w serialu cudami nauki.
Jak się okazuje, nie byłem w tym przeświadczeniu odosobniony. Wielu spełnionych naukowców zainteresowało się nauką dzięki fantastyce naukowej. Wielkiego astronoma Edwina Hubble'a zainspirowały dzieła Juliusza Verne'a. Właśnie pod wpływem lektury książek tego pisarza Hubble postanowił porzucić obiecującą karierę prawniczą i zająć się nauką. W efekcie został największym astronomem XX wieku. Wyobraźnia Carla Sagana, uznanego astronoma i autora wielu bestsellerów, rozbudziła się po przeczytaniu serii książek Edgara Rice'a Burroughsa o Johnie Carterze z Marsa. Sagan marzył, że któregoś dnia, tak jak John Carter, będzie badał piaski Marsa.
W dniu, w którym zmarł Albert Einstein, byłem jeszcze dzieckiem, ale pamiętam, jak ludzie mówili ściszonym głosem o jego życiu i śmierci. Następnego dnia zobaczyłem w gazecie zdjęcie jego biurka, a na nim rękopis największego, nieukończonego dzieła Einsteina. Zastanowiło mnie, co mogło być tak doniosłe, że największy umysł naszych czasów nie potrafił tego dokończyć? W artykule przeczytałem, że Einstein zajmował się niemożliwym do spełnienia marzeniem, problemem tak trudnym, że żadna śmiertelna istota nie może sobie z nim poradzić. Potrzebowałem wielu lat, by odkryć, czego dotyczył ten rękopis: był on poświęcony wielkiej, jednoczącej teorii wszystkiego. Marzenie uczonego - któremu poświęcił ostatnie trzy dziesięciolecia życia - pomogło mi lepiej spożytkować własną wyobraźnię. Zapragnąłem, choć w niewielkim stopniu, być częścią tego wysiłku mającego na celu dokończenie pracy Einsteina i zjednoczenie praw fizyki w jednej teorii.
Gdy dorastałem, powoli zaczęło do mnie docierać, że chociaż to Flash Gordon był bohaterem i zawsze podbijał serce pięknej dziewczyny, ciężar całego serialu spoczywał na uczonym. Bez dr. Zarkova nie byłoby statków kosmicznych, wypraw na Mongo ani ratowania Ziemi. Nie ujmując nic bohaterom, bez nauki nie ma fantastyki naukowej.
Uświadomiłem też sobie, że wszystkie te opowieści z naukowego punktu widzenia są niemożliwe, stanowią jedynie wytwór wyobraźni. Dorastanie wymaga porzucenia takich fantazji. W prawdziwym życiu, mówiono mi, trzeba pozbyć się mrzonek i zająć czymś praktycznym.
Ja jednak doszedłem do wniosku, że jeżeli dalej chcę się zajmować tym, co niemożliwe, muszę to robić na gruncie fizyki. Bez solidnego przygotowania z zaawansowanej fizyki do końca życia będę jedynie spekulował na temat futurystycznych rozwiązań technicznych, nie rozumiejąc, czy są one w ogóle możliwe. Zrozumiałem, że muszę się zagłębić w zaawansowaną matematykę i nauczyć fizyki teoretycznej. I tak też zrobiłem.
Kiedy w szkole średniej zorganizowano festiwal nauki, zbudowałem z tej okazji w garażu mamy rozbijacz atomów. Udałem się do zakładów Westinghouse'a i zebrałem 200 kilogramów ścinków stali transformatorowej. W czasie Bożego Narodzenia na szkolnym boisku do footballu rozwinąłem 35 kilometrów miedzianego drutu. W efekcie zbudowałem akcelerator cząstek, betatron, o mocy 2,3 miliona elektronowoltów, który zużył 6 kilowatów mocy (całą moc dostępną w naszym domu) i wygenerował pole magnetyczne 20 tysięcy razy silniejsze od pola magnetycznego Ziemi. Moim celem było uzyskanie wiązki promieni gamma wystarczająco silnej do wytworzenia antymaterii.
Dzięki temu projektowi wziąłem udział w Narodowym Festiwalu Nauki i w końcu spełniłem swoje marzenie, zdobywając stypendium na studia w Uniwersytecie Harvarda, gdzie mogłem, tak jak sobie planowałem, zostać fizykiem teoretykiem i podążać śladami człowieka będącego dla mnie przykładem - Alberta Einsteina. Teraz dostaję e-maile od autorów literatury fantastycznonaukowej i scenarzystów, w których proszą mnie, abym pomógł uatrakcyjnić ich opowieści, opisując granice praw fizyki.
"Niemożliwe" jest pojęciem względnym!
Jako fizyk nauczyłem się, że określenie "niemożliwe" jest często względne. Przypominam sobie, jak kiedyś nauczycielka podeszła do mapy Ziemi i wskazała linie brzegowe Ameryki Południowej i Afryki. Czy to nie dziwny przypadek - powiedziała - że linie te pasują do siebie, niemal jak dwa kawałki układanki? Niektórzy uczeni - ciągnęła - wysuwają hipotezę, że być może były one kiedyś częścią jednego, olbrzymiego kontynentu. Ale to głupie. Żadna siła nie mogłaby rozsunąć dwóch wielkich kontynentów. Takie myślenie jest absurdalne - dodała na zakończenie.
Tego samego roku uczyliśmy się o dinozaurach. Czy to nie dziwne - mówiła nasza nauczycielka - że dinozaury panowały niepodzielnie na Ziemi przez miliony lat, a potem jednego dnia wszystkie zniknęły? Nikt nie wie, dlaczego wyginęły. Niektórzy paleontolodzy przypuszczają, że może ich śmierć spowodował meteor z kosmosu, ale to niemożliwe, taki pomysł bardziej pasuje do fantastyki naukowej.
Dzisiaj wiemy, że na skutek tektoniki płyt kontynenty jednak się przemieszczają oraz że 65 milionów lat temu olbrzymi meteor o średnicy 10 kilometrów najprawdopodobniej spowodował wyginięcie dinozaurów i większej części istot żywych na Ziemi. W czasie mojego krótkiego życia wielokrotnie byłem świadkiem, jak coś, zdawałoby się niemożliwego, staje się uznanym faktem naukowym. Czy nie możemy więc przypuszczać, że kiedyś będziemy potrafili teleportować się z jednego miejsca w inne lub budować statki kosmiczne, którymi polecimy do gwiazd odległych o lata świetlne?
Dzisiejsi fizycy zwykle uważają takie wyczyny za coś niemożliwego. Ale czy mogą one stać się realne za kilkaset lat? Albo za dziesięć tysięcy lat, gdy nasza technika będzie jeszcze bardziej zaawansowana? A może za milion lat? Ujmijmy to jeszcze inaczej - gdybyśmy mogli w jakiś sposób spotkać cywilizację wyprzedzającą nas o milion lat, czy używana przez nich na co dzień technika byłaby dla nas magią? Pytanie to, jego sens, jest jedną z kluczowych kwestii przewijających się w tej książce: czy jedynie dlatego, że coś jest dzisiaj "niemożliwe", pozostanie niemożliwe przez kolejne wieki czy miliony lat?
Biorąc pod uwagę niezwykłe postępy nauki w ostatnim stuleciu, w szczególności powstanie teorii kwantowej i ogólnej teorii względności, możemy oszacować w przybliżeniu, kiedy, jeżeli w ogóle, niektóre z tych fantastycznych rozwiązań technicznych mogą się ziścić. Wraz z pojawieniem się jeszcze bardziej zaawansowanych teorii, takich jak teoria strun, nawet pojęcia ocierające się o fantastykę naukową, jak podróże w czasie i wszechświaty równoległe, są obecnie na nowo analizowane przez fizyków. Pomyślmy o tych postępach techniki, które 150 lat temu uczeni określali jako "niemożliwe", a które teraz stały się częścią naszej codzienności. W 1863 roku Juliusz Verne napisał powieść Paryż w XX wieku. Książka ta, ukryta, leżała w zapomnieniu przez ponad wiek, aż do jej przypadkowego odkrycia przez prawnuka autora i wydania w 1994 roku. W powieści tej Verne wyobrażał sobie, jak mógłby wyglądać Paryż w roku 1960. Książka pełna jest opisów cudów techniki, które w XIX wieku bez wątpienia uważano za niemożliwe, między innymi faks, ogólnoświatową sieć komunikacyjną, szklane drapacze chmur, napędzane benzyną pojazdy i pociągi szybkobieżne, poruszające się po położonych nad ziemią torach. Nie powinno nas dziwić, że Verne potrafił przewidzieć to wszystko z niezwykłą dokładnością, ponieważ zewsząd otaczał go świat nauki i ciągle wypytywał uczonych o informacje. Głęboki szacunek dla podstaw nauki pozwolił mu dojść do tak zadziwiających przewidywań.
Niestety, niektórzy z największych uczonych XIX wieku przyjęli przeciwną postawę i oznajmili, że pewne rozwiązania techniczne są całkowicie niemożliwe. Lord Kelvin, prawdopodobnie najznamienitszy fizyk epoki wiktoriańskiej (pochowany w Opactwie Westminsterskim obok Isaaca Newtona), stwierdził, że niemożliwością jest istnienie urządzeń latających "cięższych od powietrza", takich jak samoloty. Uważał, że promienie Rontgena są oszustwem, a radio nie ma przyszłości. Lord Rutherford, który odkrył jądro atomowe, odrzucił możliwość zbudowania bomby atomowej, nazywając takie rozważania "bredniami". Chemicy w XIX wieku stwierdzili, że poszukiwanie kamienia filozoficznego, fantastycznej substancji zamieniającej ołów w złoto, to naukowa ślepa uliczka. Dziewiętnastowieczna chemia opierała się na założeniu niezmienności pierwiastków, takich jak ołów. A jednak posługując się dzisiejszymi rozbijaczami atomów, możemy, w zasadzie, zmienić atomy ołowiu w złoto. Wyobraźmy sobie, jak fantastyczne wydawałyby się na początku XX wieku używane przez nas obecnie telewizory, komputery i Internet.
Przechodząc do trochę bliższych nam czasów, zauważmy, że również czarne dziury uważane kiedyś były za fantastykę naukową. Sam Einstein napisał w 1939 roku artykuł, w którym "dowodził", że czarne dziury nie mogą powstawać. A jednak Kosmiczny Teleskop Hubble'a i rentgenowski teleskop Chandra odkryły już w przestrzeni kosmicznej tysiące czarnych dziur.
Powodem, dla którego te rozwiązania techniczne uznano za "niemożliwe", jest to, że w XIX i na początku XX wieku nie znano podstawowych praw fizyki i nauki w ogóle. Jeżeli uświadomimy sobie, jak wielkie w tamtych czasach były luki w rozumieniu nauki, szczególnie na poziomie atomowym, nie powinno nas dziwić, że takie postępy uznawano za niemożliwe.
Badanie rzeczy niemożliwych...
Na ironię zakrawa fakt, że poważne badania rzeczy niemożliwych często pozwalały odkryć bogate i całkowicie nieoczekiwane obszary nauki. Na przykład prowadzone przez całe stulecia bezowocne poszukiwania perpetuum mobile doprowadziły fizyków do wniosku, że takiego urządzenia nie można skonstruować, co z kolei zaowocowało sformułowaniem zasady zachowania energii i trzech praw termodynamiki. W ten sposób bezskuteczne próby zbudowania perpetuum mobile pozwoliły rozwinąć całkowicie nową gałąź termodynamiki, która przyczyniła się do powstania silnika parowego, narodzin epoki maszyn i nowoczesnego społeczeństwa przemysłowego. Pod koniec XIX wieku uczeni zdecydowali, że to "niemożliwe", żeby Ziemia liczyła sobie miliardy lat. Lord Kelvin stwierdził stanowczo, że roztopiona Ziemia ochłodziłaby się w ciągu 20-40 milionów lat, co stoi w sprzeczności z twierdzeniami geologów i darwinistów, utrzymujących, iż Ziemia może mieć miliardy lat. Ostatecznie jednak udowodniono, że to możliwe, dzięki odkryciu przez Marię Skłodowską-Curie i innych uczonych siły jądrowej i wykazaniu, że jądro Ziemi, ogrzewane przez rozpad radioaktywny, rzeczywiście mogłoby utrzymywać się w stanie ciekłym przez miliardy lat.
Ignorując rzeczy niemożliwe, robimy to na własne ryzyko. W latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku Robert Goddard, twórca współczesnej techniki rakietowej, spotkał się ze zdecydowaną krytyką ze strony ludzi, którzy twierdzili, że rakiety nigdy nie będą mogły latać w przestrzeni kosmicznej. Prześmiewczo nazywali jego poszukiwania "wariactwem Goddarda". W roku 1921 redaktorzy New York Timesa tak wyśmiewali pracę dr. Goddarda: "Profesor Goddard nie rozumie związku pomiędzy akcją i reakcją, nie uświadamia sobie konieczności dysponowania czymś lepszym niż próżnia, co mogłoby spowodować reakcję. Wydaje się, że brakuje mu podstawowej wiedzy, którą codziennie wbija się do głowy uczniom szkół średnich". Rakiety nie mogą latać w przestrzeni kosmicznej, twierdzili oburzeni redaktorzy, ponieważ nie ma tam powietrza, od którego można się odpychać. Niestety, przywódca pewnego kraju poważnie potraktował wnioski wypływające z "niemożliwych" rakiet Goddarda - był nim Adolf Hitler. W czasie II wojny światowej niemiecki ostrzał niezwykle zaawansowanymi technicznie rakietami V-2 siał w Londynie śmierć i zniszczenie, niemal doprowadzając do jego kapitulacji.
Badając rzeczy niemożliwe, możemy również zmienić bieg historii świata. W latach trzydziestych XX wieku powszechnie uważano, a pogląd ten podzielał nawet Einstein, że bomba atomowa jest "niemożliwa". Fizycy wiedzieli, że głęboko we wnętrzu jądra atomowego, zgodnie z równaniem Einsteina E = mc2, uwięziona jest olbrzymia ilość energii, ale uważali, iż energia wyzwolona z jednego jądra atomowego jest tak mała, że nie warto jej nawet rozważać. Jednak fizyk atomowy Leó Szilard przypomniał sobie powieść H.G. Wellsa z 1914 roku, The World Set Free (Uwolniony świat), w której autor przewiduje powstanie bomby atomowej. W książce znajduje się stwierdzenie, że tajemnica bomby atomowej zostanie rozwiązana przez pewnego fizyka w 1933 roku. Szilard natknął się przypadkiem na tę książkę w roku 1932. Zainspirowany powieścią, w 1933 roku, dokładnie tak jak przepowiedział Wells kilkadziesiąt lat wcześniej, wpadł na pomysł wzmocnienia siły pojedynczego atomu poprzez wywołanie reakcji łańcuchowej, w wyniku której energia rozszczepienia pojedynczego jądra uranu może ulec wzmocnieniu o czynnik wielu bilionów. Szilard doprowadził wtedy do wykonania serii kluczowych eksperymentów i przeprowadzenia potajemnych negocjacji między Einsteinem a prezydentem Franklinem Rooseveltem, które w ostatecznym rozrachunku doprowadziły do uruchomienia "Projektu Manhattan" i zbudowania bomby atomowej.
Ciągle na nowo przekonujemy się, że badanie rzeczy niemożliwych otwiera przed nami zupełnie nowe perspektywy, przesuwa granice fizyki i chemii, i zmusza uczonych do zastanowienia się na nowo, co rozumieją przez słowo niemożliwe. Sir William Osler powiedział kiedyś: "Filozofie jednej epoki stają się absurdami kolejnej; a niedorzeczności dnia wczorajszego stają się mądrościami jutra".
Wielu fizyków podziela słynne powiedzenie T.H. White'a, który w "Był sobie raz na zawsze król" napisał: "Wszystko, co nie jest zabronione, jest obowiązkowe!" . W fizyce ciągle znajdujemy dowody na potwierdzenie tej tezy. Jeżeli nie istnieje prawo fizyki wyraźnie zakazujące istnienia jakiegoś nowego zjawiska, w końcu odkrywamy, że ono występuje. (Zachodziło to kilkakrotnie w trakcie poszukiwań nowych cząstek subatomowych. Badając granice tego, co zakazane, fizycy, często nieoczekiwanie, odkrywali nowe prawa fizyki). Wnioskiem wypływającym ze stwierdzenia T.H. White'a może być: "Wszystko, co nie jest niemożliwe, jest obowiązkowe!".
Kosmolog Stephen Hawking próbował na przykład udowodnić, że podróże w czasie są niemożliwe, starając się odkryć nowe prawo fizyki, nazwane przez niego "założeniem o ochronie chronologii", które by ich zakazywało. Niestety, mimo wielu lat ciężkiej pracy nie udało mu się udowodnić tej zasady. W rzeczywistości stało się coś przeciwnego, fizycy dowiedli, że prawo zabraniające podróży w czasie jest poza zasięgiem naszej obecnej matematyki. Ponieważ nie istnieje aktualnie prawo fizyki zabraniające istnienia wehikułów czasu, fizycy muszą traktować taką możliwość bardzo poważnie.
Celem tej książki jest zastanowienie się, które rozwiązania techniczne uważane obecnie za "niemożliwe" mają szansę stać się za kilkadziesiąt, kilkaset lat częścią naszej codzienności.
Już teraz jedno z "niemożliwych" rozwiązań technicznych okazuje się możliwe: chodzi o zjawisko teleportacji (przynajmniej na poziomie atomowym). Jeszcze zaledwie kilka lat temu fizycy stwierdziliby, że przesyłanie obiektu z jednego miejsca w inne stanowi pogwałcenie praw fizyki kwantowej. Scenarzyści serialu telewizyjnego Star Trek byli tak nękani krytycznymi uwagami fizyków, że do swoich urządzeń teleportujących dodali "kompensatory Heisenberga", aby poradzić sobie z tym problemem. Dzisiaj, dzięki niedawno osiągniętemu przełomowi, fizycy mogą teleportować atomy na drugi koniec pomieszczenia lub fotony na drugi brzeg pięknego modrego Dunaju.
Przewidywanie przyszłości...
Wysuwanie hipotez na temat przyszłości jest zawsze trochę ryzykowne, szczególnie jeżeli dotyczą one czasów odległych o setki czy tysiące lat. Fizyk Niels Bohr lubił powtarzać: "Formułowanie przewidywań jest bardzo trudne. Zwłaszcza tych dotyczących przyszłości". Istnieje jednak pewna zasadnicza różnica między czasami Juliusza Verne'a a współczesnymi. Dzisiaj w zasadzie rozumiemy podstawowe prawa fizyki. Obecnie fizycy rozumieją podstawowe prawa w imponującym zakresie 43 rzędów wielkości, od wnętrza protonu po rozszerzający się Wszechświat. W efekcie, mogą określić z dużą pewnością, jak w ogólnych zarysach może wyglądać technika przyszłości, a także lepiej odróżnić te pomysły, które są jedynie nieprawdopodobne, od tych, które są zupełnie niemożliwe.
W tej książce dzielę zatem rzeczy "niemożliwe" na trzy kategorie.
Pierwszą grupę nazywam Niemożliwościami typu I. Są to rozwiązania techniczne obecnie niemożliwe do osiągnięcia, ale niebędące w sprzeczności z żadnymi znanymi prawami fizyki. Być może więc uda się je zrealizować w jakiejś zmodyfikowanej postaci jeszcze w tym wieku albo w następnym. W kategorii tej mieszczą się: teleportacja, silniki na antymaterię, pewne odmiany telepatii, psychokineza i niewidzialność.
Druga grupa nosi nazwę Niemożliwości typu II. Są to rozwiązania techniczne leżące na granicy naszego rozumienia świata fizycznego. Jeżeli w ogóle są możliwe, może uda się je zrealizować za tysiące albo miliony lat. Zaliczają się do nich wehikuły czasu, możliwość podróży hiperprzestrzennych i przemieszczanie się przez tunele czasoprzestrzenne.
Ostatnia grupa to Niemożliwości typu III. Są to rozwiązania techniczne będące w sprzeczności ze znanymi prawami fizyki. To zadziwiające, ale bardzo niewiele rozwiązań można zaliczyć do tej kategorii. Jeżeli jednak okaże się, że ich realizacja jest możliwa, będzie to wymagało dokonania głębokich zmian w naszym rozumieniu fizyki.
W moim odczuciu taki podział jest ważny, ponieważ uczeni odrzucają tak wiele rozwiązań technicznych pojawiających się w fantastyce naukowej, twierdząc, że są zupełnie niemożliwe, podczas gdy w rzeczywistości chodzi im o to, że są one niemożliwe do zrealizowania przez prymitywne cywilizacje, takie jak nasza. Na przykład zwykło się uważać, że odwiedziny obcych istot nie są możliwe z powodu olbrzymich odległości dzielących od siebie gwiazdy. Ale chociaż podróże międzygwiezdne bez wątpienia są poza zasięgiem możliwości technicznych naszej cywilizacji, w przypadku cywilizacji wyprzedzających nas w rozwoju o tysiące lub miliony lat mogą one być realne. Ważna jest więc odpowiednia klasyfikacja takich "niemożliwości". Rozwiązania techniczne niemożliwe do osiągnięcia przez naszą obecną cywilizację niekoniecznie muszą być niemożliwe dla wszelkich innych rodzajów cywilizacji. Wypowiadając się na temat tego, co jest możliwe, a co nie, musimy brać pod uwagę poziom techniki, jaki osiągniemy za tysiące, a nawet miliony lat. Carl Sagan napisał kiedyś: "Co dla cywilizacji oznacza osiągnięcie wieku miliona lat? My od kilkudziesięciu lat dysponujemy radioteleskopami i statkami kosmicznymi; nasza cywilizacja techniczna liczy sobie kilkaset lat [...] zaawansowana cywilizacja rozwijająca się przez miliony lat wyprzedza nas tak, jak my wyprzedzamy małpiatki czy makaki".
We własnych pracach badawczych skupiam się na próbie dokończenia realizacji marzenia Einsteina o "teorii wszystkiego". Praca nad teorią ostateczną jest dla mnie niezwykle ekscytująca - teoria ta może jednoznacznie rozwiązać niektóre z najtrudniejszych, kwestii współczesnej nauki dotyczących "niemożliwego", takich jak pytania o to, czy możliwe są podróże w czasie, co znajduje się w środku czarnej dziury lub co się wydarzyło przed Wielkim Wybuchem. Wciąż oddaję się marzeniom, rozmyślam o moim trwającym całe życie zauroczeniu tym, co niemożliwe i zastanawiam się, czy któreś z tych niemożliwych rzeczy pewnego dnia staną się częścią naszej codzienności."

Przejście do nast. rozdziału:

Michio Kaku (ur. o godz. 21:01 24 stycznia 1947 roku w San Jose, w Kalifornii w USA), jedna z najbardziej rozpoznawalnych postaci w nauce, zdecydowanie należy do grona moich ulubionych autorów książek astrofizycznych oraz ulubionych fizyków - celebrytów, którzy popularyzują naukę.
https://mkaku.org

 

Ikoniczna postać współczesnej nauki - Stephen Hawking (ur. o godz. 02:29 8 stycznia 1942 roku w Oksford w Wielkiej Brytanii, zm. 14 marca 2018 roku w Cambridge) jest autorem wysoko przeze mnie cenionych książek kosmologicznych i astrofizycznych, które potrafię zrozumieć.
http://www.hawking.org.uk/#