Nie tylko grawastary, czyli Kosmiczne Jajo i inne teorie 

Każda epoka ma swego idola,
Każdej epoce przyświeca jakaś gwiazda
Nasza epoka też ma komu śpiewać “Sto lat!”
No bo jak każda, to każda
W naszej epoce króluje jedna postać
Jedna jedyna, jak samotny pień akacji
W naszej epoce przecież każdy chciałby zostać
Kolegą Kierownikiem Redakcji!

W każdej epoce istniała wizja Świata jako całości, adekwatna do ambicji i możliwości uczonych. W staroindyjskich Wedach, a właściwie w dziełach okołowedyjskich, przekazujących wiedzę w postaci skondensowanej (1. tysiąclecie p.n.e.) opisywano filozoficzny i fizyczny model Wszechświata stworzonego przez Mahawisznu, w którym Brahma tworzy Brahmandę, „kosmiczne jajo”, cyklicznie ewoluujące, bardzo w sumie podobnie do współczesnych teorii kosmologicznych. W Dziesiątym Hymnie Rygwedy możemy przeczytać (usłyszeć): “Na początku nie było bytu ani niebytu […] To Jedno oddychało, własną mocą, bez powietrza. Nic prócz Niego nie było. […] Wcześniej zrodziło się w Nim pragnienie“.

Interpretacja wiedzy wywodzącej się z ksiąg wedyjskich (weda = wiedza), przy pewnym wysiłku umysłowym może prowadzić do zaawansowanych koncepcji kosmologicznych lansowanych obecnie: wieloświata, wszechświatów bąbelkowych, dziesięciu wymiarów przestrzeni, strun, ekspansji Wszechświata itp. Oczywiście jest to interpretacja ukierunkowana i tendencyjna, ale świadczy o nieograniczonej wyobraźni filozofów i otwartości samej filozofii. Taka jest moc umysłów nieskrępowanych okowami religii.

Ryc. 1. Jajo orfickie. W tradycji orfickiej jajo kosmiczne, z którego narodziło się pierwotne hermafrodytyczne bóstwo Fanes-Protogonos utożsamiane niekiedy z Zeusem bądź Erosem. Licencja: Public Domain, Wikipedia

Zacznijmy od Greków. Pierwsze wizje Wszechświata pochodzą od filozofów przedsokratejskich (sofistów), którzy skupiali się na filozofii przyrody, jej strukturze i budowie. Tales z Miletu, Heraklit, Anaksymander i Anaksymenes ze szkoły milezyjskiej poszukiwali odpowiedzi na pytanie o pratworzywo świata, nazywane przez nich arché, czyli praźródło wszystkich bytów tworzące physis, czyli świat. Każdy z nich upatrywał praźródło w czym innym: Tales w wodzie, Anaksymander w bezkresie (apeiron), Anaksymenes w powietrzu, a Heraklit z Efezu – w ogniu. Oczywiście nie brakowało filozofów o odmiennych poglądach, każda przecież filozofia powinna być oryginalna. Pluraliści łączyli więcej niż jedno źródło jako mityczne pratworzywo, wprowadzono pojęcie przemiany jednej substancji w drugą oraz łączenie substancji, w wyniku którego powstawały substancje pochodne, inne jakościowo od użytych składników. Znana jest przełomowa wizja żywiołów Empedoklesa, definiująca cztery podstawowe elementy (żywioły): wodę, ogień, powietrze i ziemię, syntetyzująca przemyślenia Talesa, Anaksymenesa, Heraklita i Ksenofanesa. Z żywiołów, w wyniku mechanicznego mieszania i łączenia mogły powstawać różnorodne byty znanego nam świata rzeczywistego. 

Matematyczną strukturę przyrody zaproponował Pitagoras, a jego uczniowie twórczo tę koncepcję rozwijali. Zasługą pitagorejczyków był też rozwój matematyki i astronomii jako odrębnych nauk. W swoich rozważaniach posunęli się do stwierdzenia, że wszystko jest liczbą, a każdemu bytowi można przyporządkować odrębną liczbę, na przykład wagę albo długość. Pogląd ten jest podstawą współczesnej zmatematyzowanej nauki. Pogląd pitagorejczyków na budowę Wszechświata bazował na przeciwieństwach (ograniczone/nieograniczone, parzyste/nieparzyste, męskie/żeńskie) zbudowanych z niepoznawalnego składnika elementarnego. Pogląd ten posiadał cechy religii i prowadził do istnienia jednego Boga. Pitagorejski Wszechświat w pojęciu astronomicznym zawierał w swoim środku ogień, a Ziemia była jedną z wielu gwiazd okrążających ten ogień; był pirocentryczny. Koncepcja kulistości Ziemi, jak również istnienia eteru wypełniającego przestrzeń kosmiczną jest także „wymysłem” pitagorejczyków.

Ryc. 2. Pitagoras – rzeźba w muzeum na Kapitolu. Licencja CC BY-SA 4.0 (Galilea, Wikipedia)

Należy też wspomnieć o eleatach, filozofach z Elei (pamiętacie Zenona?), którzy zajmowali się bytem. Motto eleatów brzmi: „Byt jest, a niebytu nie ma” i brzmi nieco dziecinnie. Nie ma w tym jednak nic śmiesznego, Eleacki byt posiadał ważne atrybuty: wieczność, ciągłość, nieruchomość, niepodzielność i niezmienność, na kanwie których rozwijała się ta ponadczasowa filozofia. Eleaci głosili, że ruch i wielość nie istnieją, a zmienność jest tylko skutkiem doświadczenia zmysłowego, które nas oszukuje. Prawda o bycie może być uzyskana wyłącznie na podstawie dociekań rozumowych. Filozofia ta wydaje się intelektualną zabawą i wynajdywaniem paradoksów, ale z czego był w końcu znany Zenon z Elei? Z paradoksów.

Skoro jesteśmy przy budowie materii, warto wspomnieć o atomistach, To oni stworzyli (oczywiście myślowo) umieszczone w próżni atomy, niepodzielne cegiełki budulcowe materii. Atomy atomistów miały różne właściwości, zależne od kształtu, były różnie uporządkowane i poruszały się z różnymi prędkościami.

Jak widać filozofowie starożytni, w odróżnieniu od wspomnianych myślicieli indyjskich, nie poruszali kwestii, jak długo Wszechświat istnieje, czy się rozwija czy „zwija”. Wszechświat Starożytnych był wieczny. 

W odróżnieniu od wizji starożytnej Wszechświat średniowieczny wieczny nie był. Podstawą takiego poglądu była religia, a właściwie religie o rodowodzie abrahamowym: chrześcijaństwo, islam i judaizm, w których świat został stworzony przez Boga. Na podstawie niemożliwość istnienia aktualnej nieskończoności żydowscy i arabscy filozofowie Saadja ben Josef, Al-Kindi i Al-Ghazali wykazali, że istnienie świata bez początku jest nielogiczne. Pogląd ten został zaakceptowany przez filozofów i teologów chrześcijańskich. 

Współczesne poglądy na Wszechświat opierają się na badaniach i modelach kosmologicznych.

Warto też prześledzić ewolucję modeli astronomicznych budowy Wszechświata. Najstarszy z nich – sumeryjski, przedstawiał płaską Ziemię unoszącą się na oceanie. Wizja ta była kontynuowana przez wczesnych filozofów greckich, była prosta, trafiała do wyobraźni i nie wymagała żadnych dowodów empirycznych. Jednak rozwój nauki i czynione obserwacje spowodowały, że model astronomicznych ulegał ewolucji. Eudoksos z Knidos zaproponował, że Wszechświat jest nieskończony w przestrzeni i w czasie, a Ziemia ma kształt kuli i jest umieszczona w jego centrum. Wizja Eudoksosa została przyjęta niemal bez poprawek przez Arystotelesa, a po uściśleniu przez Ptolemeusza obowiązywała przez półtora tysiąclecia jako oficjalna wykładnia nauki na ten temat. Popularność i niewzruszalność teorii geocentrycznej wynikała z dobrej zgodności przewidywań opartych na obliczeniach epicykli z obserwacjami. Dopiero Kopernik … ale o Koperniku może innym razem.

Heliocentryczność teorii Kopernika, jak też wszelka inna -centryczność, to pojęcia umowne, służące jako kolejne przybliżenia rzeczywistego obrazu Wszechświata, w rzeczywistości nie mającego żadnego “centrum” ani “środka”. Współczesne teorie kosmologiczne mają początek w teorii Wielkiego Wybuchu (Big Bang), którego hipotezę jako pierwszy sformułował Aleksandr Friedman. On też stworzył model kosmologiczny Wielkiego Wybuchu. Edwin Hubble i Georges Lemaître opisali rozszerzanie się Wszechświata, a praca Lemaître’a z 1927 roku jest oficjalnie uznawana za początek obowiązywania tej teorii. Fred Hoyle, o którego paradoksie pisałem w Życie w Kosmosie[3]. Wszechświat uszyty na miarę wymyślił nazwę „Wielki Wybuch” i odtąd datuje się nieustanny rozwój tej teorii i jej niezliczonych (przesadziłem) wariantów. Teoria Wielkiego Wybuchu doczekała się potwierdzenia doświadczalnego w postaci reliktowego promieniowania tła. 

Naturalnie tak wielka teoria nie może nie pączkować sub-teoriami. Nie inaczej jest z Wielkim Wybuchem i wieloma nieskończonościami jej towarzyszącymi; nieskończoności są kuszące dla wyobraźni. Nic dziwnego, teoria jest bramą do Absolutu i każdy chciałby zostać jego odkrywcą. 

Część uzupełnień i wariantów tej teorii próbuje podpierać się rzeczywistymi lub prawdopodobnymi obserwacjami. Część jest jednak czystymi spekulacjami lub szczególnymi rozwiązaniami równań Einsteina, jak grawastary, o których napiszę na końcu tego tekstu. Po odfiltrowaniu mało prawdopodobnych rozwiązań wyłania się dość spójny fizycznie obraz początków naszego Wszechświata, którego kluczowym elementem jest faza inflacji, po której następuje klasyczna ekspansja oparta na znanym obecnie zestawie stałych i praw fizycznych oraz cząstek elementarnych. Przed inflacją, a zwłaszcza w pierwszych sekundach (ułamkach sekund) po Wielkim Wybuchu fizyka cząstek i oddziaływań, a nawet geometria przestrzeni mogły być zupełnie inne niż te, na których uprawiamy fizykę klasyczną, a nawet fizykę kwantową. 

Istnienie Wielkiej Osobliwości towarzyszącej momentowi powstania Wszechświata oraz naturalne w tych okolicznościach pytanie „co było wcześniej?” stało się zapalnikiem do snucia teorii omijających ten problem lub nieco go „pudrujących”. O spekulatywnym charakterze tych teorii nie muszę mówić, gdyż doświadczalne ich sprawdzenie jest niemożliwe. Mamy więc wszechświat pulsujący (nieskończenie), mamy erę Plancka w momencie osobliwości, gdzie zachodzą nieznane nam zjawiska kwantowo-grawitacyjne, mamy przekształcenie przestrzeni w sensie liczby jej wymiarów, mamy czas będący lub niebędący wymiarem przestrzennym. Wszystkie te teorie są budowane na zasadzie „bierzemy nieznane i podnosimy do kwadratu”, a ich wartość jest prawie zerowa, poza, oczywiście zawsze pożądaną gimnastyką umysłową. 

W ostatnim czasie modne stało się modelowanie Wszechświata i zjawisk kosmicznych z użyciem ciemnej energii i ciemnej materii. Pisałem o tych hipotetycznych bytach w Ciemna materia, czyli królowa jest naga, oczywiście w tonacji mocno sceptycznej.

Obiecałem grawastary – będą grawastary, zwłaszcza, że teoria grawastarów została sformułowana przez polskiego fizyka Pawła Mazura i stanowi bardzo pożądane polonikum.   

Jedno ze szczególnych rozwiązań równań Einsteina, które stanowią niewyczerpane źródło inspiracji dla fizyków, dopuszcza istnienie dziwnych tworów podobnych do matrioszek umieszczonych jedna w drugiej. Dla przypomnienia, inne rozwiązanie równań Einsteina pozwoliło Karlowi Schwarzschildowi sformułować koncepcję horyzontu zdarzeń i czarnych dziur. O tym tragicznie zmarłym geniuszu pisałem w Splątanie kwantowe, czyli coś, co działa, ale nie wiadomo dlaczego

Paweł Mazur i Emil Mottola zaproponowali alternatywne rozwiązanie równań Einsteina, zgodnie z którym zamiast czarnych dziur powstają bardzo gęste gwiazdy, które nazwano grawastarami. Przewagą grawastarów nad czarnymi dziurami jest brak niemożliwej do analizy osobliwości oraz horyzontu zdarzeń. Pozostałe parametry fizyczne tych obiektów są takie same jak w czarnych dziurach. Osobliwością grawastarów jest ich forma geometryczna. Są to bowiem sfery w sensie matematycznym (bez „środka”) o grubości dążącej do zera. Budulcem grawastaru jest zwykła materia, a nie zdegenerowana, jak w przypadku czarnych dziur. Inne rozwiązania równań Einsteina prowadzą do jeszcze ciekawszych wyników. Są to nestary, konstrukcje składające się z wielu grawastarów umieszczonych jeden w drugim. Jako żywo matrioszka. Jest jednak jeden problem z grawastarami, nie odkryto dotychczas w kosmosie niczego do nich podobnego, ani pasującego do teorii. Czarne dziury i owszem, nawet mamy ich zdjęcia z efektownymi dżetami. A grawastarów ani widu ani słychu. Ale cóż, mamy czas, poczekamy, „czas jest najprostszą rzeczą”, że zacytuję Clifforda D. Simaka.

Ryc. 3. Obraz obiektu Sagittarius A* w centrum naszej galaktyki – obraz z Teleskopu Horyzontu Zdarzeń. Licencja CC BY 4.0 (Event Horizon Telescope)

Każda cywilizacja miała swoją odpowiedź na podstawowe filozoficzne pytanie o porządek wszechświata. Bo wszechświat musi być uporządkowany. Nie bez kozery kosmos [gr. κόσμος (kósmos)] to „porządek, szyk”. Kosmos musi cechować zarówno wszechświat w skali makro jak i mikro. Zadziwia wizjonerstwo starożytnych filozofów indyjskich i greckich. Współczesne teorie nie wnoszą nowych jakości, są zaledwie unowocześnieniem i „unaukowieniem” starych pomysłów. Wspomniane uporządkowanie kosmosu to nieustające próby stworzenia modelu matematycznego Wszechświata, bo matematyka to przecież kwintesencja uporządkowania.

Jakbyście się nie domyślili, to Kierownikiem Redakcji jest oczywiście Mirek Dworniczak, założyciel bloga Eksperyment Myślowy. To o nim śpiewał co tydzień Jacek Fedorowicz w „Sześćdziesiątce” (Trójka, niedziela, godzina 1000).

Kto jest opoką dla swojej epoki
Tego epoka hołubi i przypieszcza
Często przymyka oko na wyskoki
Z obwiesia robi ob. Wieszcza
Kto od epoki opoki dostał etat
Ten dla epoki jest czym szelki są dla spodni
To najmocniejsza w naszym
płocie jest sztacheta
Kolega Redakcji Kierownik!

[Jacek Fedorowicz]

22 thoughts on “Nie tylko grawastary, czyli Kosmiczne Jajo i inne teorie 

  1. Chyba zacznę tu częściej zaglądać 😉
    Pozdrawiam 👌

  2. O grawestarach warto zobaczyć film popularnonaukowy: “A Gravestar Is Born”, w rolach głównych Bradley Kanopus i Lady Wega 😉

    1
  3. Czy nie było tak, że nazwa “big bang” została użyta, aby ją ośmieszyć?
    Życie bywa bardzo przewrotne 😁

    A co do grawistarów – rozumiem, że miałby być to kolejny “twór” obok czarnej dziury, który może powstać po zapadnięciu gwiazdy?
    Co miałoby decydować o takim a nie innym efekcie końcowym?

  4. Tak, Fred Hoyle był zwolennikiem teorii stanu ustalonego i w BBC użył określenia Big Bang prześmiewczo. Ale ponieważ życie jest przewrotne, stał się ojcem chrzestnym tej obowiązującej aktualnie teorii.

    Grawistar to efekt rozwiązania pewnego równania, bez osobliwości czarnej dziury ale za to z zerową grubością powłoki sfery. Taki jednorożec albo różowy słoń z kokardką. Jeszcze jedna zabawka znudzonych fizyków.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *