Wszechświat w twojej dłoni
Tytuł oryginału: The Universe in Your Hand. A Journey Through Space, Time and Beyond
Copyright © Christophe Galfard 2015, 2016
Copyright © for this edition by Wydawnictwo Otwarte 2023
Copyright © for the translation by Sławomir Paruszewski
Wydawca prowadzący: Olga Orzeł-Wargskog
Redaktor prowadzący: Agnieszka Urbanowska
Konsultacja merytoryczna: dr Tomasz Kazimierczak
Portret Alberta Einsteina: © Ruth Orkin / Hulton Archive / Getty Images
Adiustacja: Lidia Klin / Wydawnictwo JAK
Korekta: Maria Armata / Wydawnictwo JAK, Bogumiła Ziembla / Wydawnictwo JAK

Jak rozumieć E=mc^2
Tytuł oryginału: How to Understand E=mc^2
Copyright © Christophe Galfard 2017
Copyright © for this edition by Wydawnictwo Otwarte 2023
Copyright © for the translation by Sławomir Paruszewski
Wydawca prowadzący: Rafał Czech
Redaktor prowadzący: Anna Małocha, Dagmara Małysza
Konsultacja merytoryczna: Marek Krośniak
Przyjęcie tłumaczenia: Iwona Dziemidowicz
Ilustracje w książce: Amber Anderson
Adiustacja i korekta: Pracownia 12A

Projekt okładki i ilustracja na okładce: Ignasi Font
Adaptacja okładki na potrzeby polskiego wydania: Monika Drobnik-Słocińska

ISBN 978-83-8135-769-2

www.otwarte.eu

Wydawnictwo Otwarte sp. z o.o.
ul. Smolki 5/302
30-513 Kraków

Wydanie II, 2023

Dystrybucja: SIW Znak. Zapraszamy na www.znak.com.pl

Na zlecenie Woblink

woblink.com

plik przygotowała Katarzyna Ossowska

Wszechświat w twojej dłoni

Dla Mariusa i Honoré

Wstęp

Zanim zaczniemy naszą przygodę, chciałbym wam coś obiecać i przedstawić zamiar, jaki mi przyświecał.

Po pierwsze, solennie obiecuję, że w książce znajdzie się tylko jeden wzór:

E = mc²

Po drugie, będę dążył do tego, aby ta książka stała się zrozumiała dla każdego czytelnika.

Razem wyruszamy w podróż przez wszechświat – taki, jaki jest znany współczesnej nauce. Żywię głębokie przekonanie, że wszyscy potrafimy go zrozumieć.

Nasza podróż zaczyna się bardzo daleko od domu, po przeciwnej stronie ziemskiego globu.

Część I
Kosmos

Rozdział 1
Bezgłośny wybuch

Wyobraź sobie, że znajdujesz się na odległej wulkanicznej wyspie. Jest ciepła, bezchmurna letnia noc. Ocean przypomina spokojne jezioro, tylko niewielkie fale omywają piaszczysty brzeg. Wokół panuje cisza. Leżysz na plaży, masz zamknięte oczy. Ciepły biały piasek ogrzewa powietrze, w którym unosi się słodki zapach egzotycznych kwiatków. Czujesz błogi spokój.

Nagle w oddali rozbrzmiewa przeraźliwy krzyk. Zrywasz się na równe nogi, próbując wzrokiem przeniknąć ciemność.

A potem znów zapada cisza.

Cokolwiek krzyczało, teraz milczy. Mniejsza z tym, i tak nie masz się tu czego bać. Ta wyspa może być niebezpieczna dla niektórych stworzeń, ale nie dla ciebie. Jesteś człowiekiem, najpotężniejszym drapieżnikiem. Twoi przyjaciele wkrótce do ciebie dołączą, by wypić drinka. Jesteś na wakacjach, wylegujesz się więc na piasku, rozmyślając o sprawach istotnych dla swojego gatunku.

Na bezkresnym nocnym niebie migoczą miriady małych światełek. To gwiazdy. Dostrzegasz je wszędzie, nawet gołym okiem. Przypominasz sobie pytania z dzieciństwa: czym one są? Dlaczego migoczą? Jak daleko mamy do nich? Czy kiedyś w ogóle się tego dowiemy? Odprężasz się, leżąc na wznak na ciepłym piasku, wzdychasz i odsuwasz na bok te głupie pytania, uznając, że nie warto się nimi zajmować.

Spadająca gwiazda niespiesznie przecina niebo nad twoją głową. Już masz wypowiedzieć życzenie, gdy nagle zdarza się coś niezwykłego. Jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki w mgnieniu oka mija 5 miliardów lat i oto nie jesteś już na plaży – przebywasz zawieszony w kosmicznej pustce. Widzisz, słyszysz i czujesz, lecz nie masz ciała. Jesteś niematerialnym bytem. Czystym umysłem. Nie masz czasu, żeby zastanawiać się nad tym, co zaszło, krzyczeć albo wołać o pomoc, bo znalazłeś się w niesamowitej sytuacji.

W odległości kilkuset tysięcy kilometrów, na tle odległych gwiazd, przemieszcza się jakaś kula. Jarzy się ciemnopomarańczowym światłem i wirując, zbliża się do ciebie. Szybko uświadamiasz sobie, że widzisz planetę, której powierzchnię pokrywają skały w stanie ciekłym.

Stopioną planetę.

Jak potężne musiało być źródło światła, żeby stopić cały świat?

Wkrótce po swojej prawej stronie dostrzegasz ogromną gwiazdę. W porównaniu z planetą jest wręcz zdumiewająco wielka.

Ona również obraca się, pokonując przestrzeń kosmiczną. I rośnie.

Pomarańczowa planeta, choć znajduje się bliżej ciebie, wygląda przy niej jak maleńka szklana kulka obok puchnącej błyskawicznie ogromnej piłki. W ciągu minuty gwiazda podwaja swój rozmiar. Ma teraz czerwony odcień i ze złością wyrzuca w przestrzeń ogromne strugi plazmy, które poruszają się chyba z prędkością światła i mają temperaturę miliona stopni.

To, na co patrzysz, jest niewiarygodnie piękne, a przy tym niezwykle dramatyczne, obserwujesz bowiem jedno z najgwałtowniejszych zdarzeń, do jakich dochodzi we wszechświecie. Nic jednak nie słyszysz. Panuje całkowita cisza, ponieważ w próżni kosmicznej dźwięk się nie rozchodzi.

No nie, ta gwiazda nie może poruszać się dalej w takim tempie! Już teraz jest gigantyczna, a stopiona planeta, bombardowana energią i niezdolna do oporu, zamienia się w nicość. Gwiazda nawet tego nie zauważa. Wciąż rośnie, jest już sto razy większa niż na początku, a potem nagle wybucha, wyrzucając w przestrzeń kosmiczną całą materię, z której była zbudowana.

Przez twoją bezcielesną formę przechodzi fala uderzeniowa, ale samej gwiazdy już nie ma. Pozostał po niej tylko rozprzestrzeniający się we wszystkich kierunkach pył. Z godną bogów prędkością mknie kolorową chmurą w międzygwiezdnej pustce.

Powoli, bardzo powoli odzyskujesz zmysły. Gdy tylko zdajesz sobie sprawę, co się właśnie stało, niezwykle jasno uświadamiasz sobie przerażającą prawdę: gwiazda, która zakończyła swój żywot, nie była jakąś tam gwiazdą. To było Słońce. Nasze Słońce. A stopiona planeta, która została przez nią wchłonięta, to Ziemia.

Nasza planeta. Nasz dom. Już go nie ma. Byłeś świadkiem końca naszego świata. Nie jakiegoś domniemanego końca, nie fantazji przypisywanej Majom, ale prawdziwego końca naszego świata. O tym, że w taki sposób do niego dojdzie, ludzie wiedzieli, zanim jeszcze przyszedłeś na świat. Mniej więcej 5 miliardów lat przed kosmicznym spektaklem, który właśnie obejrzałeś.

Gdy próbujesz zebrać myśli, twój umysł natychmiast powraca do teraźniejszości, do twojego ciała, z powrotem na plażę.

Serce wali ci jak młotem. Siadasz, rozglądasz się dokoła, jakbyś obudził się z dziwnego snu. Drzewa, piasek, morze i wiatr są na swoim miejscu. Twoi przyjaciele właśnie nadchodzą. Widzisz ich w oddali. Co się stało? Zasnąłeś? Czy to, co ujrzałeś, było tylko snem? Czujesz się niepewnie, gdy nachodzą cię kolejne wątpliwości: czy coś takiego mogło się naprawdę wydarzyć? Czy Słońce któregoś dnia faktycznie wybuchnie? A jeśli tak, co stanie się z ludzkością? Czy ktoś przetrwa taką apokalipsę? Czy wszystko, łącznie z całą pamięcią naszej egzystencji, pójdzie w kosmiczne zapomnienie?

Desperacko próbując zrozumieć sens tego, co się stało, znów spoglądasz w górę na rozjaśnione gwiazdami niebo. W głębi duszy wiesz, że to wszystko nie było jedynie snem. Choć twój umysł znowu przebywa na plaży, na powrót zjednoczony z ciałem, zdajesz sobie sprawę z tego, że naprawdę przeniosłeś się do odległej przyszłości, aby ujrzeć coś, czego nikt nigdy nie powinien zobaczyć.

Próbując się uspokoić, powoli wdychasz i wydychasz powietrze. Zaczynasz słyszeć dziwne dźwięki – jakby wiatr, fale, ptaki i gwiazdy cicho nuciły pieśń, którą tylko ty potrafisz usłyszeć. Nagle zaczynasz rozumieć, o czym one śpiewają. Jest to jednocześnie ostrzeżenie i zaproszenie. Pieśń mówi o tym, że ludzkość ma tylko jedną drogę, by przetrwać nieuniknioną śmierć Słońca i inne katastrofy.

Tą drogą jest wiedza i nauka.

W taką podróż wyruszyć może tylko człowiek.

Wkrótce ją rozpoczniesz.

Przeraźliwy krzyk znowu przeszywa noc, ale tym razem ledwie go słyszysz. Coś popycha cię do poznawania wszystkiego, co wiadomo o twoim wszechświecie, tak jakby ziarno ciekawości zasiane w twoim umyśle zaczęło właśnie kiełkować.

Ponownie z pokorą podnosisz wzrok, tym razem spoglądając na gwiazdy wzrokiem dziecka.

Z czego zbudowany jest wszechświat? Co znajduje się w pobliżu Ziemi? A dalej? Jak daleko możemy sięgnąć naszym ludzkim wzrokiem? Czy wiemy coś o historii wszechświata? Czy ona w ogóle istnieje?

Gdy fale łagodnie omywają brzeg, a ty zastanawiasz się, czy kiedykolwiek ktoś zdoła zgłębić te kosmiczne tajemnice, migotanie gwiazd wprowadza twój organizm w stan półświadomości. Słyszysz rozmowę nadchodzących przyjaciół, lecz, co dziwne, odbierasz świat inaczej niż kilka minut temu. Wszystko wydaje się bogatsze, głębsze, tak jakby twój umysł i ciało stanowiły część czegoś znacznie większego – większego niż wszystko, co sobie dotychczas wyobrażałeś. Twoje ręce, nogi, skóra... Materia... Czas... Przestrzeń... Splecione pola sił wokół ciebie...

Zasłona, której istnienia nawet nie podejrzewałeś, uniosła się, odsłaniając tajemniczą i nieoczekiwaną rzeczywistość. Pragniesz wrócić do gwiazd. Coś ci mówi, że za chwilę wyruszysz w niezwykłą podróż – w rejony bardzo odległe od znanego ci świata.

Rozdział 2
Księżyc

Jeśli czytasz te słowa, to znaczy, że zdołałeś już przenieść się o 5 miliardów lat w przyszłość. Brawo! Możesz być pewny, że twoja wyobraźnia pracuje bez zarzutu. To świetna wiadomość, bo nic więcej nie jest ci potrzebne w podróży przez przestrzeń kosmiczną, czas, materię i energię – podróży, w której odkryjesz, co wiemy o naszej rzeczywistości na początku XXI wieku.

Nie prosiłeś o to, ale udało ci się zobaczyć, jaki los czeka ludzkość, a właściwie wszystkie formy życia na Ziemi, jeśli nie zrozumiemy, jak działa natura. Musimy nauczyć się brać przyszłość w swoje ręce, aby w dłuższej perspektywie przetrwać i uniknąć połknięcia przez wściekłe umierające Słońce. W tym celu powinniśmy poznać prawa samej natury i dowiedzieć się, w jaki sposób z pożytkiem je wykorzystywać. Trzeba przyznać, że sporo już w tym kierunku zrobiliśmy. Na następnych stronach znajdziesz praktycznie wszystko, co na ten temat wiemy.

Podróżując przez nasz wszechświat, odkryjesz, czym jest grawitacja, i dowiesz się, jak atomy i cząstki oddziałują na siebie, nawet się nie dotykając. Przekonasz się, że nasz wszechświat składa się głównie z zagadek i że rozwiązywanie tych zagadek doprowadziło do odkrycia nowych rodzajów materii i energii.

A gdy już zapoznasz się z całą dostępną nam wiedzą, przeniesiesz się w nieznane i zobaczysz, nad czym pracują najwybitniejsi współcześni fizycy teoretyczni, starający się wyjaśnić najdziwniejsze zjawiska, z jakimi mamy do czynienia. Pojawią się wszechświaty równoległe, wieloświaty oraz dodatkowe wymiary. Od tego twoje oczy zapłoną pewnie światłem wiedzy i mądrości, którą ludzkość zdobywała i doskonaliła przez tysiąclecia. Musisz się jednak przygotować na to, że odkrycia dokonane przez ostatnie dekady wywróciły do góry nogami nasz dotychczasowy obraz rzeczywistości: nasz wszechświat jest nie tylko większy, niż się spodziewaliśmy, ale również znacznie piękniejszy, niż mogli to sobie wyobrazić nasi przodkowie. I tu mam dla ciebie kolejną dobrą wiadomość: to, że dowiedzieliśmy się tak wiele, czyni nas odmiennymi od pozostałych form życia kiedykolwiek istniejących na Ziemi. Powinniśmy się z tego cieszyć, ponieważ większość z nich już wymarła. Dinozaury rządziły na powierzchni naszej planety przez jakieś 200 milionów lat – my dominujemy tu od niespełna kilkuset tysięcy. Miały mnóstwo czasu, aby zbadać swoje środowisko i czegoś się o nim dowiedzieć. Ale tego nie zrobiły – i dlatego wymarły. Dzisiaj ludzie mogą przynajmniej mieć nadzieję, że wykryją zagrażającą im planetoidę wystarczająco wcześnie, aby zmienić tor jej lotu. Już teraz dysponujemy więc możliwościami, których nie miały dinozaury. Być może to niesprawiedliwe dla dinozaurów, ale patrząc z perspektywy czasu, moglibyśmy powiązać ich wymarcie z brakiem znajomości fizyki teoretycznej.

Na razie wciąż leżysz na plaży, a wspomnienie umierającego Słońca nadal cię prześladuje. Nie masz jeszcze zbyt dużej wiedzy i bądźmy szczerzy, te migocące kropki, które zdobią nocne niebo, raczej nie są świadome twojego istnienia. Życie i śmierć ziemskich gatunków nie ma dla nich najmniejszego znaczenia. Wygląda na to, że czas w przestrzeni kosmicznej biegnie w skali niedostępnej twojemu ciału. Z perspektywy tych odległych świecących bóstw całe życie ziemskiego gatunku trwa nie dłużej niż pstryknięcie palcami...

Trzysta lat temu jeden z najsławniejszych i najwybitniejszych naukowców wszech czasów Isaac Newton, brytyjski fizyk i matematyk z Uniwersytetu Cambridge w Anglii, twórca pojęcia grawitacji, również traktował czas w podobny sposób. Dla niego istniał czas ludzki, wyczuwalny i mierzony za pomocą zegarów, oraz czas boski, który nie płynie i jest chwilowy. Z punktu widzenia Newtonowskiego Boga nieskończona linia ludzkiego czasu rozciągająca się od przeszłości w przyszłość jest tylko chwilą, mrugnięciem oka.

Jednak ty nie jesteś Bogiem i gdy patrzysz na gwiazdy, a przyjaciel bez słowa nalewa ci drinka, ogrom stojącego przed tobą zadania zaczyna cię przytłaczać. Wszystko jest zbyt duże, zbyt odległe, zbyt dziwne... Od czego zacząć? Nie jesteś w końcu fizykiem teoretycznym... Nie należysz też jednak do osób, które łatwo się poddają.

Masz oczy i jesteś ciekawy świata, więc kładziesz się na piasku i zaczynasz koncentrować się na tym, co widzisz.

Niebo jest w przeważającej części ciemne.

I są na nim gwiazdy.

A pomiędzy gwiazdami gołym okiem dostrzegasz niewyraźną smugę jarzącą się słabym białawym światłem. Czymkolwiek to jest, wiesz, że nazywa się Drogą Mleczną. Smuga wydaje się mniej więcej dziesięć razy szersza od średnicy Księżyca w pełni. Gdy byłeś młodszy, wpatrywałeś się w nią wielokrotnie, ostatnio zdarzało ci się to już trochę rzadziej. Patrząc na nią w tej chwili, uświadamiasz sobie, że ponieważ jest tak charakterystyczna, musiała być od zawsze znana naszym przodkom. Masz rację. To ironia losu, że po wiekach dyskusji nad naturą Drogi Mlecznej, gdy wiemy już, czym ona jest, zanieczyszczenie świetlne powoduje, że z większości zamieszkanych obszarów naszej planety nie można jej dostrzec.

Na tropikalnej wyspie jednak widać ją zewsząd. W miarę jak Ziemia się obraca, Droga Mleczna przesuwa się po nocnym niebie ze wschodu na zachód, podobnie jak Słońce za dnia.

Możliwość, że przyszłość ludzkości znajduje się gdzieś tam daleko, ponad ziemskim niebem, zaczyna ci się wydawać realna i fascynująca. Czy mógłbyś gołym okiem zobaczyć wszystko, co znajduje się we wszechświecie? Przecząco kręcisz głową. Zdajesz sobie sprawę, że Słońce, Księżyc, niektóre planety – takie jak Wenus, Mars czy Jowisz, setki gwiazd1 i ta niewyraźna smuga białawego pyłu zwana Drogą Mleczną nie stanowią Wszystkiego. Poza zasięgiem naszego wzroku, pomiędzy gwiazdami, skrywają się tajemnice, które wciąż czekają na rozwikłanie... Gdybyś mógł zgłębić je wszystkie, co byś zrobił? Najpierw spenetrowałbyś najbliższe otoczenie Ziemi, potem byś wystartował i poleciał tak daleko, jak to tylko możliwe, a następnie... Od czego w końcu masz umysł?

Coś takiego! Twój umysł naprawdę zaczyna oddzielać się od ciała, kierując się w górę, ku gwiazdom.

Odczuwasz zawroty głowy, gdy twoje pozostawione w dole ciało i wyspa, na której leżysz, zaczynają się błyskawicznie zmniejszać. Twój bezcielesny umysł unosi się ku górze, na wschód. Choć nie masz pojęcia, jak to możliwe, znajdujesz się wyżej niż szczyty najwyższych gór. Nad odległym horyzontem dostrzegasz jaskrawoczerwony Księżyc, a sekundę później jesteś już ponad ziemską atmosferą, lecąc przez 380 tysięcy kilometrów pustki oddzielającej naszą planetę od jej jedynego naturalnego satelity. Teraz, z perspektywy przestrzeni kosmicznej, Księżyc wydaje się równie biały jak Słońce.

Twoja podróż ku wiedzy właśnie się rozpoczęła.

Dotarłeś na Księżyc, dotychczas dokonało tego tylko kilkunastu ludzi. Twoje widmowe ciało właśnie spaceruje po jego powierzchni. Ziemia zniknęła za księżycowym horyzontem. Znajdujesz się po tak zwanej ciemnej stronie Księżyca, skąd nigdy nie widać naszej planety. Nie ma tu ani błękitnego nieba, ani wiatru, a nad głową widzisz o wiele więcej gwiazd, niż ujrzałbyś z jakiegokolwiek miejsca na Ziemi. Tutaj jednak nie migocą, bo na Księżycu nie ma atmosfery. Przestrzeń kosmiczna zaczyna się tuż nad jego powierzchnią o rzeźbie niewygładzonej przez żadne zjawiska meteorologiczne. Kratery są wszędzie. To zamarznięte pozostałości po czymś, co uderzało kiedyś w tę jałową glebę.

Gdy wędrujesz w kierunku tej strony Księżyca, która zwraca się ku naszej planecie, w głodnym wiedzy umyśle w magiczny sposób zarysowuje się historia jego narodzin. Wstrząśnięty wpatrujesz się w grunt pod swoimi stopami.

Co tu się stało?!

Mniej więcej 4 miliardy lat temu w naszą młodą planetę uderzyła inna, wielkości Marsa, odrywając ogromną część Ziemi. Przez kolejne tysiąclecia wszystkie odłamki skalne powstałe w rezultacie tej kolizji zbiły się w olbrzymią kulę, ta zaś znalazła się na orbicie naszej planety. W ten sposób narodził się Księżyc, na którego powierzchni w tej chwili stoisz.

Gdyby coś takiego zdarzyło się obecnie, wszystkie formy życia zniknęłyby z Ziemi. Jednak w owych czasach nasza planeta była naga. Na ironię zakrawa, że bez tego katastrofalnego w skutkach zderzenia Księżyc nie rozświetlałby naszych nocy, na oceanach i morzach nie byłoby większych pływów, a życie w znanej nam obecnie formie zapewne nigdy by tu nie zaistniało. Gdy widzisz, jak sponad księżycowego horyzontu wyłania się błękitna Ziemia, uderza cię myśl, że w kosmicznej skali katastrofalne wydarzenia mogą okazać się zarówno przekleństwem, jak i błogosławieństwem.

Twoja ojczysta planeta widziana z tego miejsca ma rozmiar czterech Księżyców w pełni. Wygląda jak błękitna perła unosząca się na usianym gwiazdami tle.

Znikomość naszego świata wobec ogromu przestrzeni kosmicznej uczy i zawsze będzie nas uczyć pokory.

Idziesz dalej, obserwując Ziemię wznoszącą się na księżycowym niebie, i chociaż otoczenie wydaje się ciche i bezpieczne, dobrze wiesz, że to tylko pozorny spokój. Czas płynie tutaj inaczej, a w ciągu eonów, które nadejdą, gwałtowne zdarzenia będą nieuniknione. Świadczą o tym kratery znaczące powierzchnię Księżyca. Setki tysięcy głazów – każdy o rozmiarach góry – dryfujących w przestrzeni kosmicznej, musiały przez wieki bombardować satelitę Ziemi. Uderzały także z pewnością w naszą planetę, lecz ziemskie rany się zagoiły, nasz świat istnieje i skrywa swoją przeszłość głęboko pod ulegającą nieustannym przemianom warstwą gleby.

Nagle zdajesz sobie sprawę, że w takim wszechświecie twoja ojczysta planeta – mimo jej zdolności do regeneracji – jest krucha, prawie bezbronna...

Prawie.

Jednak niezupełnie. Teraz ma nas. Ma ciebie.

Kolizje podobne do tej, która doprowadziła do narodzin Księżyca, zasadniczo należą już do przeszłości. Obecnie naszemu światu nie zagrażają raczej zbłąkane planety, lecz tylko pojedyncze planetoidy i komety – a Księżyc częściowo chroni i osłania nas przed takimi zagrożeniami. Wszędzie jednak czają się inne niebezpieczeństwa. Gdy obserwujesz zawieszoną na ciemnym niebie błękitną Ziemię, za tobą pojawia się nagle niezwykle jasna kula światła.

Odwracasz się i widzisz przed sobą gwiazdę – najjaśniejszy i najbardziej agresywny spośród obiektów położonych w pobliżu naszej planety.

Nazwaliśmy ją Słońcem.

Leży w odległości 150 milionów kilometrów od naszego świata.

Stanowi źródło całej naszej energii.

Oszałamia cię już sama ilość światła emanującego z tej niezwykłej kosmicznej lampy. Opuszczasz Księżyc i zaczynasz lot w jej kierunku, w kierunku Słońca – aby się dowiedzieć, dlaczego świeci.

Rozdział 3
Słońce

Gdybyśmy potrafili w ten czy inny sposób zagospodarować całą energię, jaką Słońce wypromieniowuje w ciągu jednej sekundy, potrzeby energetyczne ludzkości byłyby zaspokojone mniej więcej na najbliższe pół miliarda lat.

W miarę jak zbliżasz się do naszej gwiazdy, zdajesz sobie sprawę, że Słońce nie jest równie ogromne jak tamto, które widziałeś w przyszłości odległej o 5 miliardów lat, gdy kończyło ono swój żywot. Choć też jest duże. Zobaczmy to w odpowiedniej skali. Gdyby Słońce miało rozmiar dużego arbuza, maleńka Ziemia znajdowałaby się w odległości 43 metrów od niego i aby ją zobaczyć, musielibyśmy użyć szkła powiększającego.

Od powierzchni Słońca dzieli cię teraz zaledwie kilka tysięcy kilometrów. Ziemia jest już tylko jasną kropką, a gwiazda, którą masz właśnie przed sobą, wypełnia połowę nieba. Wszędzie wokół wybuchają bąble plazmy. Gdy w polu magnetycznym Słońca powstają na pozór przypadkowe ogromne pętle, tuż przed twoimi oczami wyrzucane są miliardy ton niezwykle gorącej materii, która przelatuje przez twoje widmowe ciało. Co za niezwykły widok! Podekscytowany zaczynasz się zastanawiać, co takiego wyjątkowego ma Słońce, czego brakuje Ziemi. Co czyni gwiazdę gwiazdą? Skąd bierze się jej energia? I dlaczego, u licha, pewnego dnia gwiazda musi umrzeć?

Aby się tego dowiedzieć, udajesz się do miejsca, w którym panują iście mordercze warunki – do środka Słońca, ponad pół miliona kilometrów pod jego powierzchnię. Dla porównania: jądro Ziemi dzieli od powierzchni mniej więcej 6500 kilometrów.

Skacząc głową w dół w głąb tego rozżarzonego paleniska, pamiętasz, że cała materia, którą oddychamy, którą widzimy, której dotykamy, którą czujemy czy wykrywamy – nawet ta, z której zbudowane jest twoje ciało – składa się z atomów.

To właśnie z atomów stworzone jest wszystko, co istnieje. Możesz je sobie wyobrazić jako klocki Lego, z których skonstruowane jest twoje otoczenie. W odróżnieniu od nich jednak atomy nie są prostopadłościanami – najczęściej mają kształt zbliżony do kulistego. Składają się z gęstego, przypominającego kulę jądra oraz wirujących wokół niego w dużej odległości maleńkich elektronów. Podobnie jak klocki Lego można je klasyfikować według rozmiarów. Najmniejsze z nich zostały nazwane wodorem, a te nieco większe – helem. Z tych dwóch rodzajów atomów składa się około 98 procent całej znanej materii w znanym nam wszechświecie. To z pewnością dużo, lecz i tak mniej niż w przeszłości. Uważa się, że jakieś 13,8 miliarda lat temu było to niemal 100 procent. Azot, węgiel, tlen oraz srebro to przykłady atomów, które nie są ani wodorem, ani helem. Musiały zatem pojawić się później. Jak do tego doszło? Jesteś na dobrej drodze, aby się tego dowiedzieć.

Zanurzasz się coraz głębiej we wnętrze Słońca – temperatura rośnie i robi się okropnie gorąco. Gdy docierasz do rdzenia, wynosi ona 16 milionów stopni Celsjusza. A może nawet więcej. Wszędzie znajduje się mnóstwo atomów wodoru, zostały one jednak rozbite przez otaczającą je energię: elektrony krążą gdzieś swobodnie, pozostały gołe jądra. Ciśnienie jest tak wysokie, jądra są tak ciasno upakowane pod wpływem ciężaru, jakim cała gwiazda naciska na swój rdzeń, że prawie nie mogą się poruszać. Wskutek tego muszą stapiać się z sobą i tworzyć większe jądra. To tak zwana reakcja termojądrowa.

Kiedy te ciężkie jądra opuszczą już palenisko, w którym się narodziły, będą się łączyć z samotnymi, swobodnymi elektronami, wcześniej oderwanymi od atomów wodoru, i stworzą nowe, cięższe atomy: azot, węgiel, tlen, srebro...

Aby do reakcji termojądrowej (powstawania dużych atomów z mniejszych) mogło w ogóle dojść, potrzebna jest ogromna ilość energii. Tutaj jej źródłem jest grawitacja Słońca, która skutecznie wciąga wszystko do jego rdzenia, ściskając z olbrzymią siłą. Taka reakcja nie może oczywiście zajść na (lub wewnątrz) Ziemi. Nasza planeta jest zbyt mała i nie ma wystarczająco dużej gęstości, aby na skutek grawitacji w jej jądrze powstały temperatura i ciśnienie niezbędne do takiej reakcji. To określa podstawową różnicę między planetą a gwiazdą. Chociaż w obu wypadkach mówimy o obiekcie kosmicznym o kształcie zbliżonym do kuli, planety są zazwyczaj niewielkich rozmiarów i mają najczęściej skaliste rdzenie, czasem otoczone gazem, gwiazdy zaś to swego rodzaju ogromne elektrownie termojądrowe. Obdarzone przez naturę ogromną energią grawitacyjną, formują materię w swym wnętrzu. Wszystkie ciężkie atomy, z jakich składa się Ziemia, wszystkie atomy potrzebne do życia, wszystkie, z jakich zbudowane jest nasze ciało, powstały kiedyś we wnętrzu gwiazdy. Wciągasz je do płuc, kiedy oddychasz. Gdy dotykasz swojej albo czyjejś skóry, dotykasz gwiezdnego pyłu. Wcześniej zastanawiałeś się, dlaczego gwiazdy w rodzaju Słońca muszą kończyć swój żywot, wybuchając. Teraz znasz już odpowiedź na to pytanie: w przeciwnym razie istniałyby tylko wodór i hel. Materia, z jakiej zbudowany jest nasz świat, byłaby na zawsze zamknięta we wnętrzu wiecznie żyjących gwiazd. Nasza planeta nigdy by nie powstała, a życie, jakie znamy, po prostu by nie istniało.

Spójrzmy na to z jeszcze innej strony: ponieważ nie jesteśmy zbudowani tylko z wodoru i helu, a nasze ciało, Ziemia i wszystko, co nas otacza, zawiera również węgiel, tlen oraz atomy innych pierwiastków, wnioskujemy, że Słońce jest gwiazdą drugiej, a być może nawet trzeciej generacji. Zanim pozostały po eksplozjach pył stał się Słońcem, Ziemią i nami, wcześniej musiały wybuchnąć jedna albo dwie generacje gwiazd. Ale co wywołało ich śmierć? Dlaczego świetliste życie gwiazd musi być zwieńczone widowiskowym wybuchem – i w rezultacie śmiercią?

Jedna z zadziwiających właściwości fuzji jądrowej polega na tym, że bez względu na to, jak ogromna byłaby początkowa ilość energii potrzebna do jej wywołania – masa całej gwiazdy! – w wyniku tej reakcji uwalnia się jeszcze więcej energii.

Przyczyna takiego stanu rzeczy może zaskakiwać, ale ponieważ wszystko sam obserwujesz, musisz pogodzić się z faktami: gdy dwa jądra atomowe stapiają się w jedno większe, część ich masy znika. Nowe jądro ma mniejszą masę niż dwa jądra, z których powstało. To tak jakbyśmy po zmieszaniu kilograma lodów waniliowych z kilogramem takich samych lodów waniliowych nie otrzymali dwóch kilogramów lodów, lecz mniej.

W naszym codziennym życiu nie mogłoby się to zdarzyć, ale w świecie jądrowym dzieje się tak bez przerwy. Na szczęście dla nas masa ta nie ginie bezpowrotnie. Zamienia się w energię, a kurs tej wymiany jest określony wzorem: E = mc² – słynnym równaniem Einsteina2.

Na co dzień operujemy raczej przelicznikami walut, a nie kursami wymiany masy na energię. Aby stwierdzić, czy wzór E = mc² jest dla nas korzystny, wyobraź sobie, że na lotnisku imienia Johna F. Kennedy’ego w Nowym Jorku wymieniasz funty (to masa początkowa) na dolary (to energia, jaką otrzymamy w zamian). Przelicznik wynosi c², gdzie „c” oznacza prędkość światła, a „c²” to prędkość światła podniesiona do kwadratu. Za jednego funta dostaniesz zatem 90 milionów miliardów dolarów. Można by rzec, że to niezły interes. W rzeczywistości to najlepszy kurs wymiany występujący w przyrodzie.

Oczywiście masa tracona podczas pojedynczej reakcji termojądrowej jest raczej niewielka. Ale we wnętrzu Słońca w każdej sekundzie stapia się z sobą tak wiele atomów, że uwalnia się przy tym ogromna ilość energii, która musi znaleźć jakieś ujście. Na wszelkie sposoby ucieka więc z rdzenia gwiazdy w przestrzeń kosmiczną. Koniec końców, energia pochodząca z reakcji termojądrowej równoważy grawitację wciskającą wszystko do rdzenia, dzięki czemu rozmiar naszej gwiazdy pozostaje stały. Gdyby działała tylko grawitacja, a tej reakcji by nie było, Słońce musiałoby się skurczyć.

W wyniku syntezy jądrowej emitowana jest olbrzymia ilość światła i cząstek, które zamieniają wszystko wokół w świecącą zupę składającą się z jąder atomowych i elektronów – tak zwaną plazmę.

To właśnie eksplozja światła, ciepła oraz energii powoduje świecenie gwiazdy.

Słońce nie jest wielką kulą ognia – ogień potrzebuje tlenu. I choć nasza gwiazda wytwarza go trochę wraz z innymi ciężkimi pierwiastkami, to w przestrzeni kosmicznej nie ma wystarczającej ilości tlenu w stanie wolnym, aby podtrzymać jakikolwiek ogień. Pocierając zapałkę w przestrzeni kosmicznej, nigdy nie rozpalimy ognia. Słońce, podobnie jak wszystkie inne gwiazdy na niebie, jest po prostu jasną kulą świecącej plazmy – gorącą mieszaniną elektronów, atomów, które straciły część elektronów (tak zwanych jonów), oraz tych pozbawionych ich zupełnie, czyli samych jąder atomowych.

Dopóki w rdzeniu Słońca będzie wystarczająco dużo maleńkich jąder atomowych, które są tam ściskane, jego grawitacja i energia pochodząca z syntezy jądrowej będą pozostawały w równowadze. Mamy szczęście, że żyjemy w pobliżu gwiazdy znajdującej się w takim stanie.

Choć w istocie nie ma to nic wspólnego ze szczęściem.

Gdyby nasze Słońce nie znajdowało się w takim stanie, nas w ogóle by tu nie było.

Jak już wiesz, Słońce nie będzie wiecznie w stanie równowagi: pewnego dnia w rdzeniu naszej gwiazdy skończy się atomowe paliwo. Wtedy zabraknie promieniującej z jego wnętrza siły, przeciwstawiającej się grawitacji. Grawitacja weźmie górę i nasza gwiazda wkroczy w ostatni etap życia: Słońce skurczy się i stanie bardziej gęste. Potem nastąpi kolejna reakcja termojądrowa, tym razem z dala od rdzenia, bliżej powierzchni. Ta ponowna reakcja syntezy nie zrównoważy grawitacji, lecz ją przezwycięży. Powierzchnia Słońca będzie wypychana na zewnątrz, a ono samo zacznie się powiększać. Widziałeś to zjawisko podczas swojej podróży w przyszłość. Ostatni wybuch energii będzie zapowiedzią końca istnienia gwiazdy, czego też byłeś świadkiem. Wyrzuci on w przestrzeń kosmiczną wszystkie atomy, które Słońce wyprodukowało przez całe swoje życie, i stworzy kolejne – najcięższe, jakie może, takie jak złoto. W końcu atomy te zmieszają się z pozostałościami innych gwiazd ginących w pobliżu i uformują olbrzymie chmury kosmicznego pyłu, który być może w odległej przyszłości stanie się zalążkiem nowych światów.

Na podstawie ilości wodoru, jaka pozostała w rdzeniu Słońca, naukowcy zgadują, że eksplozja ta nastąpi za jakieś 5 miliardów lat, w czwartek, plus minus trzy dni.

Rozdział 4
Nasza kosmiczna rodzina

Teraz wiesz już o Słońcu więcej, niż jeszcze w początkach XX wieku wiedział jakikolwiek człowiek. Całe światło, które dzień po dniu pada na twoje ciało, pochodzi od atomów wytworzonych we wnętrzu naszej gwiazdy, z części jej masy zamienionej w energię. Ziemia nie jest jednak jedynym ciałem niebieskim korzystającym z energii Słońca.

Chwilę później powracasz na bulgoczącą, gorącą powierzchnię Słońca i sokolim wzrokiem obrzucasz otoczenie. Osiem jasnych punktów przesuwa się na tle, wydawałoby się, nieruchomych, odległych gwiazd. Te punkty to planety, kule wypełnione materią. Są zbyt małe, aby mogły w przyszłości stać się gwiazdami. Cztery z nich, te najbliższe Słońca, wyglądają jak maleńkie skaliste światy. Pozostałe cztery składają się głównie z gazów. Przy Słońcu wydają się małe, lecz w porównaniu z naszą planetą – największym z czterech małych światów – to giganty. Z wyjątkiem Ziemi jednak żadna z tych planet ani żaden z setek ich księżyców nie może w przyszłości stanowić potencjalnego schronienia dla ludzkości, mimo że wszystkie powstały z tej samej chmury pyłu pochodzącego z dawno nieistniejących gwiazd. Znajdują się one pod wpływem grawitacji Słońca i razem z naszą gwiazdą znikną w kończącym jej żywot wybuchu. Schronienia – o ile takie w ogóle istnieje – musimy szukać o wiele dalej.

Aby się zorientować, co leży poza strefą wpływu Słońca, musisz przenieść się na jak największą odległość. Po drodze odwiedzisz najdalszych krewnych Ziemi, olbrzymich przedstawicieli jednej kosmicznej rodziny.

Jesteś teraz mniej więcej trzy razy dalej od Słońca niż twoja planeta. Merkury, Wenus, Ziemia i Mars – cztery małe światy znajdujące się najbliżej Słońca – są już za tobą. Widziana z tego miejsca nasza gwiazda to świecący punkt rozmiaru połowy monety jednopensowej trzymanej w wyciągniętej ręce. Gdyby Ziemia znajdowała się w tym miejscu, to w Wielkiej Brytanii w najcieplejszy dzień lata byłoby zimniej niż obecnie na Antarktydzie podczas najchłodniejszych zim3.

W miarę jak się oddalasz od Słońca, światło staje się coraz słabsze.

Przelatujesz w pobliżu odłamków skalnych – pozostałości z początków narodzin naszej planety. W większości są to planetoidy o kształcie ziemniaków. Tworzą one ogromną obręcz otaczającą Słońce, zwaną przez astronomów pasem planetoid. Pas ten oddziela cztery małe planety typu ziemskiego od świata olbrzymów. Odłamki skalne są od siebie bardzo oddalone i przelatując między nimi, zauważasz, że zderzenie z jakąś planetoidą jest mało prawdopodobne. Wcześniej zresztą udało się go uniknąć wielu sztucznym satelitom.

Zostawiasz za sobą pas planetoid i mijasz gazowe olbrzymy: Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. To ogromne planety o maleńkich skalnych jądrach ukrytych głęboko pod wzburzoną atmosferą. Wszystkie są dumnymi posiadaczkami wspaniałych układów pierścieni, lecz największy i najpiękniejszy z nich zdecydowanie należy do Saturna.

Przelatując obok, patrzysz na nie z szacunkiem. Te olbrzymie światy istotnie budzą podziw, mimo że nie ma tu warunków sprzyjających powstaniu życia.

Mógłbyś przypuszczać, że skoro minąłeś Neptuna, najdalszą z planet okrążających Słońce, nic więcej już nie zobaczysz, ale jesteś w błędzie. Masz przed sobą kolejny pas, tym razem składający się z brudnych kul śniegowych różnego rodzaju i rozmiaru. Zapewne także one są produktami ubocznymi powstałymi podczas narodzin naszego Układu Słonecznego. Utworzyły się z pyłu pozostałego po eksplozjach gwiazd, które umarły w odległej przeszłości. Ten pas nosi nazwę pasa Kuipera. Słońce wygląda stąd jak łebek szpilki, jak każda inna gwiazda. Tak daleko prawie wcale nie dociera ciepło słoneczne, ale nawet tu coś się dzieje.

Co jakiś czas, w rezultacie zderzeń czy innych zakłóceń toru lotu, jedna lub kilka brudnych kul śniegowych zostaje wyrzuconych ze stabilnej, odległej orbity, po której obiegały Słońce. Pchnięte w kierunku naszej gwiazdy, powoli dostają się w cieplejsze rejony wszechświata i w wyniku działania promieniowania słonecznego zaczynają topnieć, pozostawiając za sobą długie ogony małych skalno-lodowych odłamków, które świecą w ciemności. Tak powstaje jeden z cudów wszechświata, nazwany przez nas kometami. Philae, solidnej konstrukcji lądownik Europejskiej Agencji Kosmicznej, osiadł w listopadzie 2014 roku na jednej z komet, aby zbadać jej powierzchnię. Został tam przetransportowany przez sondę Rosetta, która zbliżając się do Słońca i oddalając od niego, krążyła wokół komety i obserwowała, jak jej zewnętrzne warstwy zamieniają się w gaz...

Do tego lodowego pasa należy również Pluton – pozbawiony niedawno miana planety i zdegradowany do stopnia planety karłowatej – oraz dwa inne karły, Haumea i Makemake. Co ciekawe, Pluton wraz ze swoim księżycem Charonem jest tak bardzo oddalony od Słońca i musi pokonać tak duży dystans, aby je okrążyć, że od chwili jego odkrycia i nazwania planetą do czasu, gdy stracił ten status – czyli przez 76 ziemskich lat – nie minął tam nawet rok. To dlatego astronomowie potrzebowali całych dziesięcioleci, aby stwierdzić, że w rzeczywistości ma on rozmiar tylko jednej czwartej Księżyca. Jak się domyślasz, na brudnobrązowym Plutonie, obok którego właśnie przelatujesz, ta zmiana klasyfikacji nie zrobiła żadnego wrażenia. Wkrótce zostawiasz go za sobą, wymykając się coraz bardziej spod ochrony naszej świecącej gwiazdy4. Na swojej drodze napotkasz jeszcze więcej planet karłowatych oraz komet i zobaczysz nieodkryte do tej pory zamarznięte światy. Twoją uwagę jednak szybko zaprzątnie gigantyczna sfera otaczająca wszystko, co dotychczas ujrzałeś.

Wszystkie planety, planety karłowate, planetoidy i komety, które już zobaczyłeś, leżą mniej więcej w jednej płaszczyźnie, jakby na dysku, którego środkiem jest świecące Słońce. To, co widzisz w tej chwili, wygląda inaczej. Zbiór miliardów miliardów miliardów potencjalnych komet tworzy ogromny sferyczny obłok, który zdaje się wypełniać całą przestrzeń kosmiczną pomiędzy Słońcem a królestwem innych gwiazd. Ten zbiór nazwano Obłokiem Oorta.

Ma on zdumiewające rozmiary.

Wyznacza granicę naszego gwiezdnego imperium – Układu Słonecznego – do którego należą wszyscy wspomniani wcześniej członkowie kosmicznej rodziny.

Lecąc dalej, wkraczasz na nieznane terytoria i kierujesz się w stronę gwiazdy położonej najbliżej Słońca. Odkryto ją w 1915 roku. Cały wiek temu, gdy dopiero zaczynaliśmy rozumieć, czym jest nasz wszechświat. Nazywa się Proxima Centauri.

Rozdział 5
Poza Układem Słonecznym

Twoje ciało wciąż leży na plaży, gdzieś na naszej planecie, ale umysł przebywa teraz hen daleko – w większej odległości od Ziemi niż jakikolwiek obiekt zrobiony przez człowieka5. Po przekroczeniu zewnętrznej granicy Obłoku Oorta opuściłeś Układ Słoneczny i znalazłeś się w królestwie innej gwiazdy. Za tą rozmytą linią – nakreśloną jakby po to, żeby dobrze zrozumieć, co ta granica oznacza – dostrzegasz, że niektóre najbardziej odległe komety Układu Słonecznego zmieniły swoje orbity. Zamiast jak dotąd krążyć wokół Słońca, zaczęły obiegać inną odległą gwiazdę – tę, do której właśnie zmierzasz, Proximę Centauri.

Proxima Centauri należy do rodziny gwiazd zwanych czerwonymi karłami. Są one znacznie mniejsze od Słońca (mniej więcej siedmiokrotnie – zarówno pod względem rozmiaru, jak i masy) i mają czerwonawy odcień – stąd ich nazwa. Czerwonych karłów jest bardzo dużo; naukowcy sądzą, że w istocie stanowią większość gwiazd na niebie, choć ich światło jest zbyt słabe, abyśmy mogli je dostrzec gołym okiem.

W miarę zbliżania się do Proximy obserwujesz, jak gwałtownie zmienia się jej jasność, i widzisz, że dość chaotycznie wyrzuca ona ogromne ilości rozpalonej materii.

Czy w pobliżu tego rozgniewanego czerwonego karła są jakieś planety? Nie dostrzegasz żadnej6.

W pewnym sensie szkoda, gdyż cywilizacja, której by się udało zorganizować sobie wygodne życie na planecie krążącej wokół Proximy – choć to niełatwe – mogłaby śmiało planować nawet bardzo odległą przyszłość. Gdy nasza gwiazda, Słońce, wybuchnie, Proxima będzie wyglądała identycznie jak teraz. Według naszej obecnej wiedzy będzie świeciła tak jak dziś jeszcze 300 razy tyle, ile wynosi obecny wiek wszechświata. Jakkolwiek patrzeć, to kawał czasu.

Proxima jest mniejsza od Słońca, więc maleńkie jądra atomowe, które wchodzą w jej skład, stapiają się w większe znacznie wolniej. Tak to już jest z gwiazdami – rozmiar ma znaczenie: im większa gwiazda, tym krótszy jej żywot... W wypadku planet znajdujących się na ich orbitach istotna jest odległość. Aby woda na powierzchni planety występowała w stanie ciekłym (co, jak wiemy, jest warunkiem utrzymania życia), nie może być tam ani za zimno, ani za gorąco. Dlatego planeta nie może się znajdować ani zbyt blisko, ani zbyt daleko od gwiazdy, wokół której krąży. Strefę wokół gwiazdy, w której woda może występować w stanie ciekłym, nazywamy ekosferą. A gdyby tak znaleźć innego czerwonego karła – i podobną do Ziemi planetę, krążącą w odpowiedniej odległości od niego? Mogłaby ona przypominać nasz kruchy świat, lecz istnieć w zasadzie wiecznie. Ech, marzenia...

Ostatnia myśl budzi w tobie wyrzuty sumienia; karcisz się za niewdzięczność i odwracasz głowę, aby spojrzeć na Układ Słoneczny, swój rodzinny świat. Spodziewasz się, że światło Słońca przyćmi wszystkie inne jasne punkty na niebie. Nic podobnego się jednak nie dzieje i nagle zdajesz sobie sprawę ze skali kosmicznych odległości.

Czy zastanawiałeś się może, jak długo leciałby stąd na Ziemię sygnał, który mógłbyś wysłać, będąc prawdziwym kosmicznym podróżnikiem, a nie jedynie czystym umysłem?

Gdybyś miał międzygwiezdny telefon, mógłbyś dzwonić do przyjaciół z każdego postoju i dzielić się z nimi swoimi odkryciami. Telefony komórkowe przekształcają głos w sygnał lecący z prędkością światła, dlatego na Ziemi wydaje nam się, że łączność jest nawiązywana natychmiastowo. W przestrzeni kosmicznej jednak odległości są tak duże, że nic nie dzieje się natychmiast. Światło z Księżyca dociera na naszą planetę mniej więcej po sekundzie i tyle samo zajmuje mu droga powrotna. Jeśli zapytałbyś znajomego na Ziemi, czy patrząc przez lornetkę, widzi cię na Księżycu, usłyszałbyś jego odpowiedź po dwóch sekundach.

Sytuacja wyglądałaby jeszcze gorzej, gdybyś znajdował się na Słońcu. Światło pokonuje odległość między naszą planetą a Słońcem w 8 minut i 20 sekund. Komunikacja byłaby mocno utrudniona, gdyż czas między pytaniem a odpowiedzią przekraczałby 16 minut. Ale w kosmicznej skali Słońce jest tuż obok nas. Jeśli wybrałbyś numer w miejscu, w którym się teraz znajdujesz, w okolicach Proximy Centauri, dzwonek telefonu na Ziemi rozległby się po jakichś 4 latach i 2 miesiącach. Odpowiedź na swoje pytanie usłyszałbyś zatem po co najmniej 8 latach i 4 miesiącach.

Na razie dotarłeś dopiero do najbliższej Ziemi gwiazdy, nie licząc Słońca, masz jednak wrażenie, że znajdujesz się bardzo daleko od domu. Żeby się nie zgubić, szukasz jakiegoś punktu orientacyjnego.

Mając w pamięci piękną Drogę Mleczną, którą widziałeś z plaży na tropikalnej wyspie, rozglądasz się wokół w poszukiwaniu mętnobiałego pasma światła. Zaskakuje cię, że nie widzisz już grubej, prostej linii, lecz coś, co wygląda raczej jak przechylona obręcz, której fragmenty są jaśniejsze od innych. Ty znajdujesz się gdzieś w środku. Zaczynasz rozumieć, że Droga Mleczna widziana z Ziemi przypominała smugę, gdyż nasza planeta zasłania większą jej część.

W pobliżu Proximy Centauri nie widzisz żadnej planety, bez dłuższego namysłu kierujesz się więc w stronę najjaśniejszej części Drogi Mlecznej.

Nie wiesz jeszcze, że zmierzasz w kierunku centrum skupiska około 300 miliardów gwiazd, zwanego galaktyką.

Rozdział 6
Kosmiczny kolos

Wyobrażasz sobie, że w centrum skupiska 300 miliardów gwiazd musi się znajdować coś niezwykłego. Weźmy na przykład Ziemię. Jej środek jest najgęstszą, najgorętszą i najbardziej nieprzyjazną częścią naszej planety. Podobnie, w centrum Układu Słonecznego tkwi Słońce, które stanowi jego najgęstszy, najgorętszy i najbardziej nieprzyjazny element. To jeszcze niczego nie dowodzi, lecz może być wskazówką, że w samym środku naszej galaktyki dzieje się coś naprawdę ważnego.

Z szybkością myśli mijasz dziesiątki milionów gwiazd. Niektóre z nich są o wiele większe od Słońca i skazane na krótszy niż ono żywot, z kolei inne, te małe, będą świecić jeszcze przez niewyobrażalnie długi czas. Przelatujesz również przez gwiezdne żłobki – chmury pyłu składające się z pozostałości po eksplozjach setek gwiazd – oraz przez gwiezdne cmentarze, które kiedyś połączą się z sobą, aby stać się gwiezdnymi żłobkami. Jesteś teraz w pobliżu centrum galaktyki, cokolwiek by to oznaczało, i nagle się zatrzymujesz.

Tuż przed sobą widzisz kolejną obręcz – wirującą, barwną, złożoną z rozproszonej materii. Gdy przyjrzysz się jej dokładniej, zauważysz, że składa się z gazu oraz miliardów skał i komet poruszających się wokół źródła jasnego i wysokoenergetycznego światła, kształtem przypominającego obwarzanek.

Co się tutaj dzieje? Czym są te krążące wokół skały i lodowe odłamki? Rozglądasz się jeszcze uważniej, a to, co widzisz, wydaje ci się niemożliwe... W obręczy poruszają się nie tylko pojedyncze głazy, ale również gwiazdy. Całe gwiazdy. Nie planety, lecz gwiazdy. I robią to bardzo szybko.

Jedna nich, nazwana S2 (Source 2), aż do 2015 roku była najszybciej poruszającym się znanym nam obiektem we wszechświecie. Obserwując ją z Ziemi, naukowcy stwierdzili, że okrąża ona obwarzanek w mniej więcej piętnaście i pół roku. Jeśli weźmiemy pod uwagę dystans, jaki w tym czasie pokonuje, oznacza to, że porusza się ze zdumiewającą prędkością 17,7 miliona kilometrów na godzinę. Jak może tego dokonać? Jaki potwór ma wystarczająco silną grawitację, aby utrzymać w pobliżu siebie obiekt pędzący z tak olbrzymią prędkością? Czy w ogóle możliwe jest wygenerowanie takiej siły?

Wyobraź sobie szklaną kulkę i salaterkę.

Jeśli potoczysz kulkę po wewnętrznej ściance salaterki, nadając jej zbyt małą prędkość, zaraz spadnie na dno naczynia. Gdy zrobisz to zbyt szybko, wyleci z niej, rozbijając następnie coś w twojej kuchni. Jeśli jednak nadasz jej odpowiednią prędkość, będzie wirowała po ściance naczynia tak długo, aż tarcie zamieni nadmiar energii kinetycznej w ciepło i spowolni ruch kulki.

A teraz wyobraź sobie, że ta kulka to owa superszybka gwiazda S2, którą na orbicie wokół jaśniejącego środka obwarzanka utrzymuje niewidzialna salaterka. W przestrzeni kosmicznej nie ma tarcia, nie ma więc powodu, aby gwiazda traciła energię7. Znając prędkość, z jaką porusza się S2, możemy sobie wyobrazić kształt salaterki i masę materii znajdującej się na jej dnie.

To dość proste obliczenie naukowcy wykonywali wielokrotnie, nie mogąc uwierzyć w otrzymany wynik. Okazało się bowiem, że do wytworzenia pola grawitacyjnego o odpowiednim natężeniu, które nie doprowadziłoby do wyrzucenia S2 w przestrzeń kosmiczną, potrzebna jest masa ponad 4 milionów Słońc. Musiałaby to być rzeczywiście ogromna gwiazda.

Szkopuł w tym, że wewnątrz orbity S2 nie ma żadnej widocznej gwiazdy. Choćbyś bardzo się starał, nic tam nie zobaczysz.

Aby z Ziemi określić, czym w takim razie jest obiekt o masie 4 milionów Słońc, który utrzymuje S2 na orbicie, naukowcy zbudowali teleskopy mogące wykrywać dwa rodzaje niewidzialnego dla nas promieniowania elektromagnetycznego: ultrafioletowe i rentgenowskie. To ostatnie może zrobić na nas większe wrażenie, ponieważ zajmuje drugą lokatę pod względem ilości posiadanej energii. Wprawdzie przez taki teleskop naukowcy wciąż nie mogli dostrzec poszukiwanego obiektu, ale za to zauważyli wysokoenergetyczne rozbłyski światła mające źródło w jakimś niewielkim obszarze wewnątrz obręczy. To zatem, co powstrzymuje S2 przed odlotem w przestrzeń kosmiczną, nie tylko nie jest gwiazdą, lecz jest też znacznie mniejsze, niż być powinno. Naukowcom pozostało w zasadzie tylko jedno wyjaśnienie, czym jest ukrywający się tam obiekt. To supermasywna czarna dziura.

Badacze nazwali ją Sagittarius A* (czytaj: A z gwiazdką). Z Ziemi nie są w stanie dokładnie jej zbadać, ponieważ otoczenie czarnej dziury przesłaniają gwiazdy, pył oraz gaz znajdujące się pomiędzy nią a nasza planetą8.

Ty jednak jesteś tuż obok i jeśli zastanawiasz się, co wyzwala takie wysokoenergetyczne rozbłyski światła wykrywane przez teleskopy na Ziemi, zaraz się tego dowiesz.

Trudno czuć się bezpiecznie, znajdując się tak blisko niewidzialnego potwora, to jasne. Kto wie, do czego jest zdolna czarna dziura. Może potrafi pochłonąć twój umysł, a ten nigdy już nie połączy się ponownie z ciałem? Utknie w jej wnętrzu, na zawsze skazany na wędrówkę z dala od wszystkiego, co znasz? A może w czarnej dziurze istnieje ukryte przejście, drzwi do innego wszechświata, do innej rzeczywistości? Tyle razy już to słyszałeś...

Nie wiedząc, co robić, wpatrujesz się w miliardy maleńkich cząstek pyłu i innych małych odłamków skalnych tworzących jasną obręcz.

Po niecałej minucie ogromna planetoida o kształcie przypominającym ziemniak przelatuje obok ciebie z prędkością miliona kilometrów na godzinę. Uważnie ją obserwujesz. Widzisz, jak pędząc przez obręcz, roztapia się na drobinki materii w wyniku tarcia spowodowanego przez pył. Podobnie jak spadające gwiazdy – małe odłamki skalne, które wchodzą w ziemską atmosferę i spalają się, nie docierając do powierzchni naszej planety – planetoida znika z tego świata daleko od wnętrza obwarzanka.

Gdy się odwracasz w poszukiwaniu kolejnych atrakcji, widzisz, że teraz w twoim kierunku zmierza już nie potężny odłamek skalny, lecz gwiazda. Duża, świecąca, rozjuszona gwiazda. Podobna do S2, ale jeszcze większa. Czy ona również spłonie? Czy przebije się dalej? Patrzysz, jak zdąża ku swojemu przeznaczeniu, przelatując pod kątem przez obwarzanek. Znajduje się teraz wewnątrz obręczy i na chwilę staje się niewidoczna, lecz szybko pojawia się ponownie, pokonując połowę swojej orbity dziwnym torem, jakby zmienionym przez jakieś tajemnicze moce. Gwiazda nadal leci w dół – wygląda na to, że działają na nią potężne siły. Od jej powierzchni odrywają się bryły o rozmiarach planety. Usiłujesz zachować spokój, gorąco pragnąc, aby twoje obawy okazały się bezpodstawne, lecz wkrótce ogarnia cię zmęczenie i czekasz już tylko na gigantyczną katastrofę...

Dotychczas byłeś bezcielesnym bytem, niepomnym sił rządzących wszechświatem, ale właśnie uległo to zmianie. Przytłoczony ciężkimi myślami, zaczynasz podlegać działaniu grawitacji i odczuwać obecność jej władcy. Wbrew swojej woli jesteś wsysany do wewnątrz, jakbyś zsuwał się po niewidzialnej śliskiej pochyłości. Przelatujesz przez obręcz z rozgrzanej materii i zbliżasz się do ściąganej siłą grawitacji gwiazdy. Widzisz, jak zostaje rozerwana na strzępy i zmienia się w płonący strumień rozgrzanej do białości plazmy, który wiruje, ciągnąc cię w dół, w stronę wciąż niewidocznej czarnej dziury.

Twoje obawy są jak najbardziej uzasadnione. Razem z tobą dziura wciąga setki miliardów miliardów ton plazmy. Serce bije ci jak szalone, gdy zjeżdżasz po spirali coraz szybciej i szybciej, aż w końcu ogromna siła wiru wyrzuca cię na zewnątrz.

Pozostałości po gwieździe przekształcają się w potężne strumienie czystej energii, w którą najwyraźniej zamieniła się materia. Zdezorientowany zastanawiasz się, czy nie ześlizgnąłeś się właśnie do jakiegoś świata równoległego wewnątrz czarnej dziury. Ale nie – po chwili zdajesz sobie sprawę, że właśnie oddalasz się od potwora, że zostałeś wyrzucony lub odepchnięty przez władcę masy. Gigantyczna obręcz Drogi Mlecznej znów majaczy w oddali.

Podobnie jak kulka wirująca zbyt szybko po ściance salaterki zostałeś – wraz z pyłem ze zniszczonej gwiazdy – wystrzelony w przestrzeń kosmiczną, zanim jeszcze dotarłeś do tego czegoś, z czego zbudowana jest czarna dziura... Spadałeś zbyt szybko i zostałeś wyrzucony z powrotem jak z procy, nim dosięgnąłeś niewidzialnego potwora. Podobnie zresztą jak gwiazda, której materia zamieniła się w dwa strumienie promieniowania elektromagnetycznego – te o najwyższej energii: gamma i rentgenowskiego. Jeden z nich wystrzelił w górę, drugi zaś w dół, jakby dwie latarnie wysłały sygnały świetlne nie tylko w ogromną przestrzeń pomiędzy gwiazdami Drogi Mlecznej, lecz znacznie dalej, ku jeszcze większej pustce.

Prędkość tych strumieni jest zdumiewająca. Tak jak teraz twoja – lecisz, mijając miliony gwiazd, a olbrzymi palec z obrączką w postaci Drogi Mlecznej wydaje się wskazywać ci cel podróży.

Chyba nie nastała jeszcze właściwa pora, żebyś zanurzył się w głąb czarnej dziury. Może natura chciała, abyś zobaczył więcej piękna wszechświata, nim pozwoli ci na podróż w jej śmiertelnym uścisku...

Niezależnie od przyczyn tego stanu rzeczy bicie twojego serca wraca do normy, a myśli, pozbawione grawitacyjnego uścisku, ponownie ogarnia spokój. Jesteś bardzo daleko i odzyskałeś już swobodę ruchów. Podążasz jednak za strumieniem, aby zobaczyć, dokąd się kieruje. Po chwili uświadamiasz sobie, że stało się coś dziwnego: otacza cię coraz mniej gwiazd. Mija jeszcze chwila i znikają zupełnie. W oddali majaczą jakieś źródła światła, ale znajdują się w o wiele większej odległości niż cokolwiek, co do tej pory widziałeś. Zadziwia cię też, że zniknęła obręcz Drogi Mlecznej. Ciekaw, co się z nią stało, spoglądasz w dół i zachłystujesz się najbardziej niezwykłym widokiem, jaki kiedykolwiek miałeś przed oczami. Tak wyjątkowe szczęście nie spotkało jeszcze żadnego człowieka ani żadnego wytworu ludzkich rąk. Obserwacje prowadzone z Ziemi dostarczyły kilku obrazów okolic czarnej dziury, z której właśnie uciekłeś, ale tego obrazu wśród nich nie było. Gdybyś z tego miejsca zadzwonił na naszą planetę, minęłoby 90 tysięcy lat, zanim – o ile w ogóle – otrzymałbyś jakąś odpowiedź.

Znajdujesz się ponad Drogą Mleczną. Twoją galaktyką.

Jeśli patrząc z piaszczystej plaży w nocne niebo, myślałeś, że musi się ona rozciągać aż po krańce wszechświata, teraz już wiesz, że to nieprawda. Nasza galaktyka nie jest Wszystkim – to zaledwie wyspa gwiazd zagubiona w ciemnym bezkresie, który wielokrotnie przewyższa swoim ogromem Drogę Mleczną.

Rozdział 7
Droga Mleczna

Dostępne w wersji pełnej

1 Mogłoby się wydawać, że ciemną nocą zdołamy zobaczyć miliony gwiazd. W rzeczywistości, gdy jesteśmy w mieście, gołym okiem zobaczymy ich zaledwie kilkaset, a gdy znajdujemy się w niezanieczyszczonej światłem wiejskiej okolicy – od 4 do 6 tysięcy.

2 Prawdopodobnie dobrze znasz wzór E = mc², ale dla pewności przypomnę, że w tym wzorze „E” oznacza energię, „m” – masę, a „c” – prędkość światła. Tak więc z tego równania, jedynego, jakie znajdziesz w tej książce, wynika, że można dosłownie zamienić masę w energię, a energię w masę.

3 Jeden z satelitów meteorologicznych agencji NASA w 2013 roku zmierzył na Antarktydzie temperaturę –94,7 stopnia Celsjusza, najniższą, jaką kiedykolwiek zarejestrowano na Ziemi. W przestrzeni kosmicznej, w miejscu, gdzie się obecnie znajdujesz, jest znacznie zimniej.

4 Statek kosmiczny agencji NASA – New Horizons, jako pierwszy dotarł w pobliże Plutona w lipcu 2015 roku. Odkrył niezwykłe i zaskakujące cechy tej planety karłowatej, między innymi zagadkowe ślady stosunkowo niedawnej aktywności powierzchniowej.

5 Spośród obiektów zbudowanych przez człowieka najdalej w kosmos dotarła sonda kosmiczna NASA – Voyager 1. Została wystrzelona w 1977 roku, a do granic Układu Słonecznego dotarła w roku 2013. Sonda wciąż przekazuje dane na Ziemię i reaguje na polecenia. Jej baterie będą przypuszczalnie działały do 2025 roku. W 2016 roku poruszający się z prędkością światła sygnał wysłany z Voyagera 1 docierał do Ziemi po mniej więcej 18 godzinach i 40 minutach. W przyszłości będzie to trwało dłużej, ponieważ sonda wciąż się od nas oddala. Jej pozycję można śledzić w czasie rzeczywistym na stronie internetowej voyager. jpl.nasa.gov.

6 Od niedawna wiadomo już, że wokół Proximy Centauri krąży jednak planeta. Przypuszczano, że tak jest, już w 2013 roku, ale udało się to potwierdzić dopiero w sierpniu 2016 dzięki projektowi Pale Red Dot. Planecie nadano nazwę Proxima b. Wiemy jeszcze, że krąży ona w tak zwanej strefie życia (ekosferze). Zob. np. http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7617/full/nature19106.html (dostęp: 18.05.2017) (przyp. red.).

7 Informacja dla czytających książkę naukowców: na tak wczesnym etapie nie biorę pod uwagę fal grawitacyjnych.

8 Informacja dla miłośników historii: Sagittarius A* był pierwszym obiektem odkrytym za pomocą radioteleskopu. Dokonali tego w 1974 roku amerykańscy astronomowie Bruce Balick i Robert Brown.

Jak rozumieć E = mc^2

Dostępne w wersji pełnej

Spis treści

Karta tytułowa

Karta redakcyjna

Wszechświat w twojej dłoni

Wstęp

Część I Kosmos

Rozdział 1 Bezgłośny wybuch

Rozdział 2 Księżyc

Rozdział 3 Słońce

Rozdział 4 Nasza kosmiczna rodzina

Rozdział 5 Poza Układem Słonecznym

Rozdział 6 Kosmiczny kolos

Rozdział 7 Droga Mleczna

Jak rozumieć E = mc2