Ryc. 1. Diagram Hertzsprunga–Russella wielkości i widma gwiazd. W prawym dolnym rogu brązowe karły. Licencja CC BY-SA 2.5. Richard Powell.
Są gwiazdy i są planety. Znamy gwiazdy karłowate oraz gwiazdy-olbrzymy. Rozpiętość wielkości planet też jest ogromna. Nie każdy obiekt niebędący gwiazdą można automatycznie nazwać planetą. Nie może być za mały ani za duży. Z jednej strony ograniczeniem jest nieprecyzyjna definicja planetoid i planet karłowatych, z drugiej zaś… Istnieją gazowe olbrzymy wielkości naszego Jowisza, który jest jeszcze planetą, ale gwiazdą już nie jest. Dlaczego? Bo nie świeci własnym światłem? Ale przecież Lucas Bergowsky już tłumaczył w tekście Rozgrzany do czerwoności!, że każde ciało materialne świeci, emituje promieniowanie elektromagnetyczne, w tym światło podczerwone.
Jowisz jest planetą, gdyż nie zachodzą w nim reakcje termojądrowe. Mamy więc gotową definicję, kiedy „kończą się” planety. Ale kiedy zaczynają się gwiazdy? Reakcji jądrowych jest wiele. W prawdziwej, “rasowej” gwieździe zachodzi reakcja syntezy wodoru w hel, a przynajmniej od tej reakcji zaczyna się „życie” gwiazdy, gdyż zachodzą w niej także inne reakcje syntezy jąder cięższych pierwiastków, tzw. „metali” (które wcale metalami być nie muszą). Powyższy wywód sugeruje, że każdy duży obiekt kosmiczny jest albo planetą albo gwiazdą, a ostrym i wyraźnym rozróżnieniem jest istnienie albo nieistnienie reakcji syntezy jądrowej. Niestety tak nie jest! Jak to w życiu: jest czekolada, jest nie-czekolada i są wyroby czekoladopodobne. Są też obiekty gwiazdopodobne. To tak zwane brązowe karły.
Ryc. 2. Brązowe karły Teide 1 , Gliese 229 B i WISE 1828+2650 w porównaniu do czerwonego karła Gliese 229A , Jowisza i Słońca. Licencja CC BY 3.0, MPIA/V. Joergens – Pierwsze wydanie w „Joergens, Viki, 50 Years of Brown Dwarfs – From Prediction to Discovery to Forefront of Research, Astrophysics and Space Science Library 401, Springer
Co to takiego?
Słońce jest typową, przeciętną gwiazdą, jego masa jest około 1000 razy większa od masy planety-olbrzyma, czyli Jowisza. Taka różnica wielkości sugeruje istnienie obiektów o masach pośrednich rzędu kilkudziesięciu mas Jowisza, czyli kilku procent masy Słońca. Nazywamy je brązowymi karłami. Są zbyt małe, aby mogła w nich zachodzić reakcja przemiany wodoru w hel, ale wystarczająco masywne, by zachodziła reakcja syntezy jąder deuteru:
p + p → D + e+ + νe
gdzie: p to proton (jądro wodoru), D to deuter (izotop wodoru z jednym protonem i jednym neutronem), e+ to pozyton (antycząstka elektronu), νe to neutrino elektronowe.
Reakcja ta zachodzi tylko przez kilka pierwszych milionów lat istnienia brązowego karła, mają wtedy typ widmowy L (temperatura 1400-2200 K) i słabo świecą na czerwono, pomarańczowo lub brązowo. Przez pozostały czas tylko stygną i stygną, stopniowo obniżając typ widmowy do T i kończąc na Y. Dlatego są tak trudno wykrywalne, także ze względu na niewielką masę.
Początkowo (lata 60.) nazywano je czarnymi karłami, ale „zbrązowiały” po tym, jak zaczęto je mylić z całkowicie wystygłymi białymi karłami. Aby jeszcze bardziej zamącić w głowach PT Czytelników wspomnę, że istnieją czerwone karły, a brązowe po całkowitym ostygnięciu także stają się „czarne”.
Jak je badać i co odróżnia brązowe karły od „prawdziwych” gwiazd?
Podstawowym kryterium uznania obiektu kosmicznego za brązowego karła jest obecność pierwiastka litu 7Li. W „normalnych” gwiazdach lit występuje przez krótki czas gdyż szybko przekształca się w hel 4He w reakcji z jądrami wodoru.
Drugim charakterystycznym wyróżnikiem brązowego karła jest dużo większy udział promieniowania podczerwonego w emitowanym widmie. Nic dziwnego, jego temperatura i czerwonawa barwa widmowa jednoznacznie determinuje rozkład częstotliwości promieniowania w okolicach podczerwieni.
Trzecim wyróżnikiem brązowych karłów są obserwowalne ilości metanu, bo (nie wiem, czy wspominałem) mogą one mieć one coś w rodzaju atmosfery. Zimniejsze, już ostygłe obiekty mogą gromadzić w atmosferze metan, który jest wykrywalny metodą spektrografii. Atmosfera brązowych karłów jest w ogóle dość egzotyczna. Dość powiedzieć, że unoszą się w niej chmury krzemionki i padają żelazne deszcze.
Odkrycia
Pierwszego brązowego karła odkryto w 1995 roku, ale wcześniej, w latach osiemdziesiątych XX wieku, istniały takie podejrzenia wobec kilku niesklasyfikowanych jeszcze obiektów. Trudności w obserwacji spowodowały, że wiedza o brązowych karłach była (i dalej jest) wątła i pełna niepotwierdzonych hipotez. Szacowano na przykład, że ich liczebność we Wszechświecie dwukrotnie przekracza liczbę gwiazd. Dopiero teleskop kosmiczny WISE skorygował te szacunki do ⅙, czyli na każde sześć gwiazd przypada jeden brązowy karzeł.
Pozostając przy hipotezach, pierwszy brązowy karzeł nazwany Gliese 229 B jest prawdopodobnie układem podwójnym. Tak przynajmniej wynika z ostatnich obserwacji W. M. Keck Observatory na Hawajach i Very Large Telescope w Chile.
Wcześniej nazwałem brązowe karły obiektami gwiazdopodobnymi. Niestety, jest to nieco nieprecyzyjne określenie. Po wypaleniu się, które następuje dość szybko, obiekty te zaczynają stygnąć. Proces szybko postępuje, a w wielu z nich synteza termojądrowa zatrzymuje się całkowicie. Wspomniany wcześniej Gliese 229 B jest wielkości Jowisza (widać to na Ryc. 2), może więc być uznany po wypaleniu się za planetę o większej (80x) niż zwykle gęstości. Tak więc z obiektu gwiazdopodobnego staje się obiektem planetopodobnym. Brązowe karły mogą być też omyłkowo uznane za planety. Nie po raz pierwszy zdarza się więc, że klasyfikacja naukowa, zwłasza ta uświęcona tradycją, musi zostać zrewidowana. Przekonaliśmy się o tym dobitnie na przykładzie systematyki zwierząt (i roślin), kiedy to klasyczna systematyka linneuszowska, oparta na podobieństwie, musiała się poddać w konfrontacji z badaniami genetycznymi, a zewnętrzne podobieństwo nagle przestało się przekładać na bliskie pokrewieństwo ewolucyjne.
To dobrze, że nauka jest żywym organizmem, nieskostniałym. Powyższe przykłady dowodzą, że jest de facto procesem doskonalenia się przez nieustanne wątpienie i kwestionowanie istniejącego stanu, nie ma w niej świętości i dogmatów ani autorytetów. Taką świętością wydawała się klasyczna mechanika newtonowska no i proszę, co się z nią stało. Minęło 200 lat i została zdegradowania do roli przybliżenia, szczególnego przypadku mechaniki relatywistycznej w warunkach „ciepłej wody w kranie”. A wydawała się nie do ruszenia. Podobnie dzieje się z odkrywaniem elementarnej struktury materii oraz w kosmologii.
Historia badań najbliższej Ziemi planety przypomina ognisty romans zakończony spektakularnym rozstaniem. Wielkie nadzieje związane z tą urodziwą (i widoczną z Ziemi gołym okiem) planetą rozwiały się wraz z coraz głębszym przekonaniem, że u pięknej Wenus nie mamy żadnych szans. Możemy co najwyżej podziwiać Ją z bezpiecznego dystansu. Podziwiać i marzyć.
Obiekt astronomiczny, który znamy pod nazwą Wenus nie zawsze tak się nazywał. Współczesną nazwę zawdzięczamy Rzymianom, którym jasna „gwiazda” poranna przypominała klejnot. Dlatego nazwali ją imieniem rzymskiej bogini miłości i piękna. Babilończycy nazwali ją imieniem bogini Isztar, a Grecy znali ją pod dwoma imionami: Phosphorus (jako gwiazdę poranną) i Hesperus (jako gwiazdę wieczorną). Międzynarodowa Unia Astronomiczna postanowiła, że wszystkie obiekty na powierzchni Wenus będą nosiły imiona kobiet (historycznych lub mitycznych). Jednak zanim to się stało, w trakcie pierwszych prób tworzenia map topograficznych Wenus odkryto rozległy płaskowyż, na którego obszarze znajduje się najwyższy szczyt planety (>11000 m1). Nazwano go (ten płaskowyż) Maxwell Montes na cześć XIX-wiecznego fizyka Jamesa Clerka Maxwella. Jest to jedno z trzech zatwierdzonych odstępstw od tej reguły nazewniczej.
Dlaczego Wenus jest tak niedostępna?
Z prostego powodu, nasze białkowe życie nie jest fizycznie zdolne do wytrzymania nawet ułamka sekundy w warunkach panujących na Wenus. Skład atmosfery, ciśnienie, temperatura: każdy z tych czynników z osobna pozbawiłby nas życia w okamgnieniu. Nawet skafandry, aparatura i elektronika, którymi się tak chlubimy nie są odporne na warunki tam panujące. Mimo, że teoretycznie Wenus znajduje się blisko granicy Strefy Złotowłosej (patrz: Życie w Kosmosie[2]. Chyba jednak jesteśmy jedyni), temperatura i ciśnienie na jej powierzchni są iście piekielne.
… i intrygująca?
Przypuszcza się, że kiedyś na jej powierzchni warunki mogły być całkiem inne; możliwe, że istniały oceany i woda w stanie ciekłym. Ale wyparowała gdy wskutek jakiegoś kataklizmu i następujących po nim długotrwałych zmian, na przykład efektu cieplarnianego, temperatura znacznie wzrosła. Obecnie Wenus jest planetą suchą, gorącą, pozbawioną jakichkolwiek śladów minionego życia. Wyparowana z oceanów woda dysocjowała, a wodór uleciał w przestrzeń kosmiczną pod wpływem wiatru słonecznego. Został tylko dwutlenek węgla o ciśnieniu prawie sto razy wyższym niż ciśnienie ziemskie. Historia Wenus jest trudna do odtworzenia, a wiele wskazuje na to, że jeszcze 300-500 milionów lat temu powierzchnia planety wykazywała dużą aktywność wulkaniczną. Z obecności związków siarki wnioskuje się o ciągle utrzymującej się aktywności, jednak nie zauważono żadnych przepływów lawy. Same tajemnice. Planeta nazywana „bliźniaczką Ziemi”, krążąca po bliskiej Ziemi orbicie, skalista, o zbliżonej wielkości (średnica wynosi 95% średnicy Ziemi, masa równa 81,5% masy Ziemi), powinna być pierwszą i najlepiej rokującą kandydatką do zaludnienia. Tymczasem nie nadaje się zupełnie ani do zamieszkania ani do potencjalnego terraformowania2. Można się zastanawiać: jak to możliwe, że niewielka planeta o rozsądnej grawitacji i odległości od Słońca jest w stanie wytworzyć tak ekstremalne warunki temperatury i ciśnienia. Być może decydującym czynnikiem jest pole magnetyczne, którego Wenus obecnie nie posiada, a kiedyś prawdopodobnie posiadała. Znowu tajemnica.
Programy Wenera i Mariner
Badania Wenus rozpoczęły się stosunkowo wcześnie, bo w 1961 roku. Wtedy to właśnie wystrzelono pierwszą sondę radzieckiego programu Wenera. Sonda doleciała co prawda do Wenus ale minęła ją w odległości 100 tysięcy kilometrów. Amerykański Mariner też nie zaczął od sukcesu, rozpadł się zaraz po starcie. Mariner 2 okazał się szczęśliwszy, dotarł na odległość 34 tysięcy kilometrów, pomierzył nieco i poważył i może być uznany za pierwszą udaną misję międzyplanetarną. Kolejne Wenery i Marinery coraz śmielej zapuszczały się w wenusjańskie rewiry. Wenera 3 została pierwszym ziemskim obiektem, który zapoznał się z powierzchnią Wenus. Sukcesy kolejnych misji spowodowały, że, dotychczas zawzięcie ze sobą konkurujące Stany Zjednoczone i Związek Radziecki, zaczęły ściśle współpracować.
Celem następnych lotów było lądowanie na powierzchni Wenus i przeprowadzenie pomiarów. Okazało się to trudne, oczywiście z powodu ekstremalnie trudnych warunków, a przede wszystkim ich niedoszacowania przy projektowaniu lądowników. Wenera 5 i 6 spadły zmiażdżone i martwe na powierzchnię planety. Dopiero Wenera 7 wylądowała, co prawda uszkodzona ale częściowo sprawna, na powierzchni Wenus. Nadawanie danych z pomiarami temperatury, ciśnienia i telemetrii trwało całe 23 minuty. To był przełom. Kolejne Wenery: 8, 9 i 10 wytrzymywały coraz dłużej i przekazały na Ziemię pierwsze zdjęcia powierzchni. Amerykanie uruchomili nowy projekt Pioneer Venus, którego dwa loty wzbogaciły naszą wiedzę o Wenus o mapę jej powierzchni oraz dane o składzie atmosfery i wiatrach.
Następny cykl lotów Wenery (11, 12, 13 i 14) przyniósł kolorowe zdjęcia, badania gleby (a właściwie wenusjańskiego regolitu bo skąd niby na Wenus rośliny?), pomiary spektrograficzne i rentgenowskie.
W późnych latach 80. zainteresowanie Wenus przygasło. Co prawda wystartował radziecki program Wega i amerykański Magellan, które dostarczyły wartościowych danych, ale, co tu ukrywać, Wenus straciła swój powab. Przez całe 10 lat nie działo się praktycznie nic. Prawie nic, bo trzeba wspomnieć o sondzie Messenger (2007) , który po drodze na Merkurego „zahaczył” o Wenus i Venus Express firmowany przez ESA (2005).
Współczesność i niedaleka przyszłość
W ostatnich latach zainteresowanie piękną Wenus powróciło. Zarówno NASA jak ESA i Roskosmos planują wysłanie zaawansowanych misji badawczych obliczonych na długotrwały pobyt na powierzchni planety.
Marzenia o kolonizacji Wenus rozwiały się wraz z odkryciem nadzwyczaj niesprzyjających warunków na niej panujących. Na początku lat 60. planowano załogowy lot wokół Wenus w ramach programu Apollo. Plan odrzucono. Podobny lot planował ZSRR, ale tu zawiodły kwestie techniczne. Rakieta N1 mająca wynieść w przestrzeń statek kosmiczny okazała się niewypałem, wszystkie jej próby zakończyły się katastrofą.
I to właściwie jest cała historia naszego zainteresowania “bliźniaczą” planetą. Burzliwy romans zakończył się totalnym rozczarowaniem i rozstaniem. „Bywa”, jak pisze Kurt Vonnegut.
Smutne podsumowanie
O Wenus nie wiemy nic, prawie nic. Nie znamy jej historii, która musiała być burzliwa sądząc po wulkanicznym ukształtowaniu powierzchni, nie znamy struktury wewnętrznej, a przecież prawie zupełny brak pola magnetycznego wynika z budowy jądra, braku wewnętrznego „dynama”. Dlaczego, skoro planeta jest bardzo podobna do Ziemi, jest skalista i podobnej wielkości? Snujemy hipotezy o oceanach wody, efekcie cieplarnianym, który doprowadził do obecnego stanu.
Ryc. 3. Artystyczna wizja Wenus pokrytej oceanem. Image credit: NASA
Ciekawe wyniki symulacji ewolucji Wenus przedstawiono w 2019 na podstawie danych przekazanych przez sondę Pioneer Venus. Założono, że na Wenus były oceany wody. Poszczególne scenariusze symulacji różniły się stopniem pokrycia powierzchni planety wodą. We wszystkich scenariuszach Wenus mogła utrzymać stan sprzyjający życiu przez 2-3 miliardy lat. Dopiero jakiś nieznany kataklizm zakończył tę sielankę i rozpoczął się proces, który doprowadził do stanu, jaki obserwujemy dziś.
Przecież na Wenus nie ma mórz! Nie ma też poziomu morza. Wysokość gór na Wenus i Marsie liczymy od średniego promienia planety. ↩︎
Proces zmiany warunków panujących na planecie lub innym obiekcie kosmicznym do podobnych, jakie panują na Ziemi, sprzyjających zamieszkaniu go przez człowieka ↩︎
Park kosmologiczny Crawick Multiverse. Licencja Creative Commons (autor zdjęcia: James Johnstone)
Dotychczas rozważaliśmy możliwość istnienia życia i inteligencji we Wszechświecie. Istnienie i trwanie samego Wszechświata uważaliśmy za pewnik, niewzruszalny jak matematyczny aksjomat. Wszechświat istnieje od 13,8 mld lat i będzie istniał co najmniej drugie tyle, jak nie dłużej. Nie znamy jego struktury i dynamiki, nie wiemy, czy się rozwija czy zwija, nie wiemy też jak powstawał i dojrzewał. Nie przeszkadza nam to jednak w spekulacjach „co by było, gdyby”. W artykule postaram się przedstawić, posługując się metodą eksperymentu myślowego, teorie, według których nasz Wszechświat także jest czymś unikalnym. Oraz, czy życie oraz wyrosła na nim inteligencja są unikalne. Posługując się słynnym cytatem z Juliusza Verne’a: mobilis in mobili, czyli „ruchome w ruchomym” zastanowimy się, czy rzeczywiście mamy do czynienia z piętrowym złożeniem nieprawdopodobnych przypadków?
O co chodzi z dostrojeniem stałych fizycznych?
W fizyce istnieje wiele stałych. Termin podstawowa stała fizyczna powinien ograniczać się do stałych bezwymiarowych. Jednak niektóre, jak prędkość światła w próżni (c), przenikalność elektryczna próżni (ε0), stałe Plancka (h) czy stała grawitacyjną (G) są liczbami mianowanymi. Liczba stałych fizycznych jest dość duża. Wystarczy powiedzieć, że Model Standardowy wymaga 25 stałych, z czego połowa to masy cząstek, których „bezwymiarowość” uzyskujemy odnosząc masy cząstek do masy Plancka. Wartości stałych fizycznych nie da się wyprowadzić za pomocą wzorów z innych wielkości, ich wartości są wyznaczane tylko z pomiarów. Właśnie ze względu na wielość stałych w Modelu Standardowym teorię tę uważa się za mało elegancką, niedopracowaną i usilnie poszukuje się teorii „piękniejszej” i „zgrabniejszej”, bardziej kompaktowej. Co nie znaczy, że ta teoria nie jest dokładna. Jest bardzo dokładna.
Jedną z najbardziej tajemniczych, a przez to bardziej medialnych stałych jest stała struktury subtelnej oznaczana grecką literą α. Pisał o niej Lucas Bergowsky w wartym przeczytania tekście 1/137. Wartość stałej struktury subtelnej jest fizyczną „wisienką na torcie” naszych rozważań o Wszechświecie uszytym na miarę. Tako rzecze Lucas: Gdyby wartość stałej struktury subtelnej była inna – na przykład byłaby większa – to chemia nie byłaby możliwa, gdyż elektrony byłyby zbyt mocno związane z jądrem. Nigdy nie powstałby żaden związek chemiczny. Gdyby była mniejsza, to jądra nie byłyby stabilne, a więc reakcje może i by zachodziły, ale żaden pierwiastek nie miałby szans na długie istnienie. Można więc powiedzieć, że ta stała ma idealnie taką wartość jaka jest nam potrzebna.
Eksperymenty myślowe polegające na wyobrażaniu (i obliczaniu) Wszechświata, w którym stałe przyjmują inne wartości niż te, które znamy, prowadzą do zaskakujących wniosków. Niektóre kombinacje stałych wykluczają wprost narodziny Wszechświata, jaki znamy. Inne prowadzą do wniosku, że Wszechświat nie wyjdzie z okresu niemowlęctwa albo, wręcz przeciwnie, zestarzeje się w okamgnieniu. Niektóre modele nie zawierają gwiazd i galaktyk albo ciężkich pierwiastków. Wszystko przez to, że stałe tych modeli różnią się nieznacznie od tych, które znamy.
Już na początku XX wieku zastanawiano się na temat Wszechświata dostrojonego. W 1913 roku chemik Lawrence Joseph Henderson napisał Sprawność środowiska, o znaczeniu wody i środowiska dla organizmów żywych, jako czynników warunkujących powstanie życia. Fred Hoyle, o którego paradoksie pisałem w poprzednim odcinku, również opowiadał się za precyzyjnie dostrojonym wszechświatem (The Intelligent Universe, 1983). Lista właściwości antropicznych, pozornych wypadków o charakterze niebiologicznym, bez których nie mogłoby istnieć życie oparte na węglu, a co za tym idzie i życie ludzkie, jest obszerna i imponująca.
Teoria dostrojonego wszechświata zakłada, że efekt motyla w odniesieniu do podstawowych stałych fizycznych może sprawić, że powstające wszechświaty mogą być diametralnie różne przy nawet minimalnych rozbieżnościach stałych fizycznych w stosunku do aktualnie obowiązujących. Stephen Hawking ujął to tak: Prawa nauki, jakie znamy obecnie, zawierają wiele podstawowych liczb, takich jak wielkość ładunku elektrycznego elektronu i stosunek mas protonu do elektronu. … Godnym uwagi faktem jest to, że wartości tych liczb wydają się być bardzo precyzyjnie dostosowane, aby umożliwić rozwój życia.. Nie tylko życia, także inteligencji biologicznej.
Gdyby na przykład silne oddziaływanie jądrowe było o 2% większe niż jest, to zaburzona zostałaby fizyka gwiazd, i to w pierwszych minutach po Wielkim Wybuchu. Dotyczy to dość dziwnej cząstki, diprotonu, czyli izotopu helu, odgrywającego kluczową rolę w procesie syntezy jądrowej zachodzącej wewnątrz gwiazd.
Zmniejszenie stałej oddziaływania silnego o 2% blokowałoby syntezę jąder o większej liczbie protonów, uniemożliwiając powstawanie pierwiastków cięższych od wodoru. Z drugiej strony, gdyby oddziaływanie silne i związana z nią stała były większe o zaledwie 2 procent, wówczas cały wodór zostałby od początku przekształcony w hel i cięższe pierwiastki, pozbawiając Wszechświat wody i paliwa gwiazdowego.
Więcej ‘gdyby’
Takich wzajemnych zależności stałych fizycznych, determinujących istotne cechy Wszechświata jest więcej. Martin Rees, fizyk i kosmolog, Królewski Astronom i prezes Royal Society sformułował precyzyjne dostrojenie wszechświata w kategoriach sześciu bezwymiarowych stałych fizycznych, m.in.:
stosunek siły elektromagnetycznej do siły grawitacji pomiędzy parą protonów, wynosi 1036. Według Reesa, gdyby był on znacznie mniejszy, mógłby istnieć tylko mały i krótkotrwały wszechświat. Gdyby był wystarczająco duży, protony odpychałyby się tak mocno, że większe atomy nigdy by nie powstały.
parametr gęstości Omega (Ω), to stosunek zależnej od stałej grawitacji gęstości masy Wszechświata do „gęstości krytycznej” i wynosi w przybliżeniu 1. Gdyby siła grawitacji była zbyt duża w porównaniu z ciemną energią i początkowym tempem ekspansji kosmicznej, Wszechświat zapadłby się, zanim mogło wyewoluować życie. Gdyby grawitacja była zbyt słaba, nie powstałyby żadne gwiazdy.
wydajności energetyczna jądrowej syntezy wodoru w hel (ε), wynosząca 0,007, co znaczy, że 0,7% masy nukleonów zamienia się w energię. Gdyby wynosiło 0,006, proton nie mógłby związać się z neutronem i mógłby istnieć tylko wodór i nie powstałyby pierwiastki cięższe. Gdyby ε był większy niż 0,008, nie istniałby wodór, ponieważ zostałby „spalony” wkrótce po Wielkim Wybuchu.
Jak widać, są to przykłady rodzaju „być albo nie być” dla całego Wszechświata.
Przeciwnicy teorii dostrojonego Wszechświata uważają, że dostrojenie może być iluzją wynikającą z niewiedzy. Postęp w fizyce teoretycznej i kosmologii może sprawić, że pozorne dostrojenie parametrów fizycznych w naszym obecnym rozumieniu znajdzie inne, bardziej fundamentalne wytłumaczenie. Lawrence Krauss uważa, że pewne wielkości wydawały się niewytłumaczalne i precyzyjnie dostrojone, a kiedy je zrozumiemy, nie wydają się już tak precyzyjne. Musimy mieć pewną perspektywę historyczną„. Niektórzy fizycy wręcz twierdzą, że możliwe jest, iż ostateczna fundamentalna teoria wszystkiego wyjaśni podstawowe przyczyny pozornego dostrojenia każdego parametru.
Mniej ostateczne, acz nadal w kosmicznej skali, proporcje stałych fizycznych mogą wpływać na ewolucję gwiazd. Możliwość istnienia różnych rodzajów gwiazd, różnych ścieżek ich ewolucji zależy od związku pomiędzy dwiema uniwersalnymi stałymi. Są to: stała grawitacji i stała struktury subtelnej. Wartości tych stałych są znakomicie zbalansowane w jedyny sposób, który pozwala na istnienie gwiazd przeciętnych, takich jak Słońce. Gdyby grawitacja była nieco silniejsza, a elektromagnetyzm nieco słabszy, wszystkie gwiazdy byłyby czerwonymi karłami. Gdyby było odwrotnie, wszystkie gwiazdy byłyby niebieskimi olbrzymami. Każda z tych skrajności uniemożliwiałaby powstanie życia. Czerwone karły wytwarzają stosunkowo mało światła, niewystarczającego np. do wspomagania fotosyntezy. Niebieskie olbrzymy emitują zbyt dużo promieniowania i żyją za krótko, pozostawiając zbyt mało czasu na rozwój życia. Ścieżki ewolucji gwiazd zależne od początkowego rozmiaru obłoku protoplanetarnego przedstawia Ryc. 1. Jak widać Słońce jest względnie małą, przeciętną gwiazdą umiejscowioną mniej więcej w środku listy typoszeregów.
Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki entropia (fizyczna miara nieuporządkowania) Wszechświata stale rośnie. Co to oznacza? Prawo wzrostu entropii mówi, że energia każdego izolowanego układu spontanicznego, czyli także Wszechświata, ulega rozproszeniu, a jego stan zbliża się do stanu równowagi cieplnej. Wszechświat dąży do równowagi i kiedyś ostatecznie go osiągnie. Nie będzie wtedy możliwy żaden transfer energii, energia będzie rozprowadzona równomiernie, a wszechświat zamrze (i zemrze) w absolutnym bezruchu. Nazywamy to śmiercią cieplną wszechświata.
Przeprowadźmy eksperyment myślowy i zacznijmy cofać się w czasie. Entropia będzie stopniowo malała, a możliwości przepływu energii będą rosły. W miarę zbliżania się do momentu Wielkiego Wybuchu entropia będzie dążyła do minimum. Spróbujmy teraz odpowiedzieć na pytanie: jakie jest prawdopodobieństwo zaistnienia takiego stanu? Zgodnie z zasadami zachowania wszechświat o niskiej entropii zawiera taką samą ilość materii/energii co wszechświat o wysokiej entropii, a różnica polega tylko na jej rozmieszczeniu. Roger Penrose, fizyk i matematyk obliczył nawet, że spośród 1010^123 możliwych stanów początkowych Wszechświata tylko jeden miałby tak niską entropię jak nasz Wszechświat w chwili narodzin. Pierwszą narzucającą się hipotezą jest teologiczny Akt Stworzenia. Jest to wygodna myślowa proteza, nie wymaga dowodu, ani nawet uzasadnienia. Czy skrajne nieprawdopodobieństwo dowodzi, że zadziałał nadprzyrodzony plan? Zdaniem Penrose’a podczas Wielkiego Wybuchu musiało istnieć bardzo szczególne ograniczenie fizyczne, które zmusiło go do niskiej entropii. Nie jest to wytłumaczenie bardzo różniące się od Deus ex machina, ale cóż, nie bez powodu Wielki Wybuch jest nazywany Wielką Osobliwością. Richard Dawkins, biolog ewolucyjny i znakomity popularyzator, uparty ateista, wymyślił (Wspinaczka na szczyt nieprawdopodobieństwa) nawet określenie: designoid, oznaczające coś co pojawiło się przez przypadek, ale wydaje się, że zostało zaprojektowane. Dawkins miał oczywiście na myśli pozorne, zaprzeczające zdrowemu rozsądkowi trudno wytłumaczalne nieprawdobieństwo będące efektem ewolucji.
Czyżby istniało proste wyjaśnienie?
Wyjątkowość naszego Wszechświata jako bytu niezmiernie mało prawdopodobnego uruchomiło różne ścieżki myślenia. Bo przecież nie można pogodzić się z czymś, co nie jest wytłumaczalne. Tak działa nauka, tak działa religia, tak wychowujemy dzieci. Powiedzenie „tak bo tak, i już!” nie wystarczy.
Koncepcja wieloświata powstała już u Starożytnych. Ewoluowała z biegiem czasu i była przedmiotem dyskusji w różnych dziedzinach, w tym w kosmologii, fizyce i filozofii. Uważa się, że prekursorem koncepcji wieloświata jest Anaksymader.
W 1952 roku Erwin Schrödinger wygłosił wykład, w którym żartobliwie ostrzegł słuchaczy, że to, co za chwilę powie, może „wydawać się szaleństwem”. Powiedział, że kiedy jego równania zdawały się opisywać kilka różnych historii, nie były to alternatywy, ale wszystkie naprawdę zdarzały się jednocześnie. Obecnie nazywamy to superpozycją i nie jest to fantazjowanie filozofów, a pełnoprawne pojęcie fizyki kwantowej. Tak, zasada nieoznaczoności i superpozycja stanów kwantowych należą do wieloświata i są widocznymi wierzchołkami tej góry lodowej.
Czym jest wieloświat (ang. multiverse)? Wieloświat jest hipotetycznym zbiorem wszystkich wszechświatów. Wszechświaty te obejmują wszystko co istnieje: całość przestrzeni, czasu, materii, energii, informacji oraz opisujących je praw fizycznych i stałych. Wszystkich wszechświatów jest nieskończenie wiele i każdy z nich jest inny. Nasz stuningowany Wszechświat jest więc naturalną konsekwencją takiego multiwersu i nie jest wyjątkowy. Istnieniem wielu wszechświatów, z których każdy rządzi się innymi prawami fizycznymi, może wyjaśnić dostrojenie naszego własnego Wszechświata do powstania [świadomego] życia.
Czy można to jakoś podsumować?
Temat istnienia obcego życia jest otwarty, a argumenty są mieszaniną faktów, teorii i hipotez. Aktualna wiedza fizyczna i biologiczna zdają się potwierdzać, że życie jest czymś wyjątkowym i wymaga wyjątkowych warunków, aby powstać i ewoluować. Jak dotychczas nie znaleziono żadnego, absolutnie żadnego życia poza Ziemią. Proste cząsteczki i rodniki organiczne znalezione w Kosmosie o niczym szczególnym nie świadczą. My jednak wiemy swoje. Wiara w Kontakt jest tak silna, że nie zawaham się nazwać jej religią. Tak duży jest pierwiastek nieracjonalności w takim myśleniu. Niech więc żyją mityczni Kosmici, jak najdłużej. Bo, badając Kosmos odkrywamy siebie samych.
