Strona 1 Strona 2 Strona 3 W SERII UKAZAŁY SIĘ: w 2010 roku: John Gribbin. W poszukiwaniu Multiświata Richard Holmes. Wiek cudów. Jak odkrywano piękno i grozę nauki James Le Fanu. Niezwykła istota. Zmagania nauki z tajemnicami człowieka w 2011 roku: Marcia Bartusiak. Dzień w którym odkryliśmy Wszechświat Richard Conniff. Poszukiwacze gatunków. Bohaterowie, głupcy i szalony pościg by zrozumieć życie na Ziemi Steven S. Gubser. Teoria strun bez tajemnic Leonard Susskind. Bitwa o czarne dziury. Moja walka ze Stephenem Hawkingiem o uczy nienie świata przy jazny m mechanice kwantowej Anil Ananthaswamy. Tajemnice Wszechświata. Podróż do granic fizyki w 2012 roku: Hugh Aldersey -Williams. Fascynujące pierwiastki. W krainie fundamentalnych składników rzeczywistości Daniel F. Sty er. Teoria względności dla dociekliwych Edward Dolnick. Wielki zegar Wszechświata. Wiek geniuszy i narodziny nowoczesnej nauki Nick Lane. Największe wynalazki ewolucji Kenneth W. Ford. 101 kwantowych pytań. Wszystko, co chcielibyście wiedzieć o świecie, którego Strona 4 nie widać w 2013 roku: Jim Baggott. Teoria kwantowa. Odkrycia, które zmieniły świat Bry an Gaensler. Potęga i piękno. Ekstremalne zjawiska w kosmosie Anton Zeilinger. Od splątania cząstek do kwantowej teleportacji w 2014 roku: John Gribbin. Skąd się wziął kot Schrödingera. Geniusz z Wiednia i kwantowa rewolucja Brian Clegg. Jak zbudować wehikuł czasu. Nauka a podróże w przeszłość i w przyszłość Paul Halpern. Nasz inny Wszechświat. Poza kosmiczny horyzont i dalej Jim Al-Khalili. Paradoks. Dziewięć największych zagadek fizyki Robert M. Hazen. Historia Ziemi. Od gwiezdnego pyłu do żyjącej planety w 2015 roku: Pedro G. Ferreira. Teoria doskonała. Stulecie geniuszy i bitwa o ogólna teorię względności Edward Frenkel. Miłość i matematyka. Istota ukrytej rzeczywistości Simon Mitton, Jeremiah P. Ostriker. Jądro ciemności. Ciemna materia, ciemna energia i niewidzialny Wszechświat Jim Al-Khalili. Kwanty. Przewodnik dla zdezorientowanych John Gribbin. Kubity i kot Schrödingera. Od maszyny Turinga do komputerów kwantowych Strona 5 Strona 6 Ty tuł ory ginału THE COPERNICUS COMPLEX OUR COSMIC SIGNIFICANCE IN A UNIVERSE OF PLANETS AND PROBABILITIES Copy right © Caleb Scharf 2014 Published by arrangement with Scientific American, an imprint of Farrar, Straus and Giroux, LLC, New York. All rights reserved Zdjęcie na okładce © Indigo Images Projekt okładki Prószy ński Media Redaktor serii Adrian Markowski Redakcja Anna Kaniewska Konsultacja naukowa Robert Bachliński Korekta Bronisława Dziedzic-Wesołowska Strona 7 ISBN 978-83-8097-452-4 Warszawa 2016 Wy dawca Prószy ński Media Sp. z o.o. 02-697 Warszawa, ul. Rzy mowskiego 28 www.proszy nski.pl Strona 8 PROLOG Od mikrokosmosu do kosmosu Wszy stko zaczy na się od jednej kropli wody. Antonie van Leeuwenhoek1, przedsiębiorca trudniący się handlem tkaninami i początkujący naukowiec, przy my kając jedno oko, w skupieniu spogląda drugim przez malutką soczewkę, którą samodzielnie sporządził, obrobiwszy kawałek szkła z wapna sodowanego. Po drugiej stronie tego poły skującego paciorka znajduje się drżąca próbka wody ze stawu, pobrana poprzedniego dnia w trakcie spaceru po Delft, jedny m z holenderskich miast. Po wy regulowaniu instrumentu i odczekaniu chwili, aż wzrok przy wy knie do nowy ch warunków, van Leeuwenhoek nagle uświadamia sobie, że oto wkroczy ł do zatłoczonej metropolii o nieznanej wcześniej architekturze i znalazł się w całkiem nowy m, obcy m świecie. Ten jak dotąd niewidzialny wszechświat pojedy nczej kropelki wody wy pełniają pięknie zakrzy wione spirale, przemieszczające się pęcherzy ki i stworzenia o kształtach przy pominający ch dzwonek z doczepiony m wątły m ogonkiem, zajęte nieustanny m wierceniem się, pły waniem i wirowaniem, absolutnie nieprzejmujące się faktem, że ktoś je podgląda. Widok ten jest dla van Leeuwenhoeka szokujący. Okazuje się, że jest on kimś więcej niż ty lko człowiekiem, jest kosmiczny ch rozmiarów gigantem, przeprowadzający m obserwację innego świata, który okazuje się ukry ty tuż obok, zatopiony we wnętrzu świata ludzi. Jeśli ta jedna kropla może by ć domeną dla całego wszechświata, to czego się należy spodziewać po każdej innej kropli, po wszy stkich znajdujący ch się na Ziemi kroplach wody ? Strona 9 Jest rok 1674. Od jakiegoś czasu w cy wilizacji Zachodu zachodzą głębokie przeobrażenia, postęp dokonujący się w nauce jest podstawą zmian w sposobie my ślenia. Mniej więcej sto lat wcześniej polski uczony, człowiek wszechstronnie wy kształcony, Mikołaj Kopernik, opublikował dzieło zaty tułowane De revolutionibus orbium coelestium (O obrotach sfer niebieskich). Zawarł w nim kompletny wy wód doty czący heliocentry cznego modelu Wszechświata, w który m Ziemia zostaje przesunięta z centrum kosmosu na drugorzędne miejsce, przy należne planecie wirującej wokół własnej osi i obracającej się wokół Słońca – ta bezprecedensowa degradacja diametralnie zmieni bieg historii nauki. W następny ch dekadach Włoch Galileo Galilei zbudował teleskopy, które pozwoliły mu dostrzec księży ce Jowisza i zaobserwować fazy Wenus, co przekonało go o słuszności tez Kopernika, choć w tamty ch czasach poglądy te uchodziły za herezję i drogo Galileusza kosztowały, gdy przy ciągnęły uwagę Świętego Oficjum. Współczesny mu niemiecki naukowiec, Johannes Kepler, posunął się nawet dalej, stwierdzając, że orbity planet, w ty m także Ziemi, nie są idealny mi okręgami, lecz raczej elipsami, co podważało wszelkie rozważane dotąd koncepcje budowy Wszechświata. Upły nie nieco ponad dziesięć lat od chwili, gdy van Leeuwenhoek po raz pierwszy spojrzał przez przy gotowaną przez siebie soczewkę, a wielki angielski uczony, Izaak Newton, opublikuje swe monumentalne dzieło Principia, w który m zawrze prawa grawitacji i mechaniki, nieświadomie kreśląc opis surowego piękna, kry jącego się za porządkiem Układu Słonecznego i całego Wszechświata, nieustalonego przez żadne siły sprawcze poza fizy ką i matematy ką. Pod każdy m względem jest to niezwy kły czas w historii ludzkiej cy wilizacji. *** Antonie van Leeuwenhoek przy szedł na ten gwałtownie zmieniający się świat w Delft w 1632 roku. Pierwsze lata jego ży cia upły wały dość zwy czajnie. Nigdy nie uzy skał wy kształcenia wy kraczającego poza podstawowe. Już jako młodzieniec szy bko odnalazł się w roli kupca, odnosząc sukcesy w handlu bielizną i odzieżą wełnianą. By ł człowiekiem niezwy kle ciekawy m świata, zawzięcie szukający m odpowiedzi na nurtujące go py tania, „łaknący m wiedzy ”, jak sam siebie kiedy ś opisał. Charaktery sty ka ta zaowocuje obfitą spuścizną w postaci obserwacji i notatek doty czący ch jego największej pasji – mikrokosmosu. Gdzieś w 1665 roku van Leeuwenhoek natknął się na wielkie dzieło zaty tułowane Micrographia2, autorstwa angielskiego uczonego Roberta Hooke’a 3. Micrographia by ła fenomenem: pierwsza publikacja niedawno powstałego w Anglii Towarzy stwa Królewskiego, pierwsza książka naukowa aspirująca do rangi bestsellera i przebogata w bajecznie szczegółowe ilustracje powiększony ch struktur budowy wszy stkiego, od owadów do minerałów, ptasich piór i fragmentów roślin. By ł to atlas świata widzianego nowy mi oczami, uzbrojony mi w soczewki mikroskopu. Innowacje techniczne, stojące za sztuką powiększania obrazu za pomocą szeregu soczewek, pojawiły się niewiele wcześniej, pod koniec XVI wieku. Mikroskop z układem opty czny m Strona 10 wy korzy stujący m kilka soczewek4 pozwolił Hooke’owi, obdarzonemu by stry m wzrokiem bły skotliwemu naukowcowi, stworzy ć piękne ilustracje wszy stkich ty ch niesamowity ch rzeczy, które każdy człowiek miał tuż obok siebie, dosłownie pod swoim nosem. Jednak najlepsze mikroskopy Hoo​ke’a dawały zaledwie dziesięciokrotne, może piętnastokrotne powiększenie. Co mogło skry wać się jeszcze głębiej, poza ich zasięgiem? Van Leeuwenhoek nie mógł oprzeć się pragnieniu zbadania tego sekretu, dlatego postanowił nauczy ć się czegoś nowego – jak zbudować układy opty czne, które pozwolą mu poczy nić własne odkry cia w ty m niezbadany m dotąd królestwie. Do dziś właściwie nie wiemy, jak van Leeuwenhoekowi udało się stworzy ć swoje mikroskopy 5. Utrzy my wał te działania w ścisłej tajemnicy i by ł w tej jednej sprawie niezwy kle kategory czny. Wszy stko działo się za zamknięty mi drzwiami jego domu, ale sądząc z instrumentów, które zapisał w testamencie Towarzy stwu Królewskiemu, a także z relacji odwiedzający ch go osób, można wy wnioskować, iż zasadniczo sztuczka polegała na kształtowaniu malutkich, idealny ch szklany ch paciorków – prawdopodobnie przez rozciąganie roztopiony ch włókien szklany ch i łączenie końców. Uzy skane w ten sposób sfery czne soczewki, który ch ogniskowa wy nosiła zaledwie kilka milimetrów, umieszczał następnie w mały ch mosiężny ch pły tkach z gwintowany mi staty wami, pozwalający mi ulokować próbkę precy zy jnie pod soczewką. Trzy mając pły tkę przed okiem, van Leeuwenhoek uzy skiwał zdumiewająco duże powiększenia, sięgające w najlepszy ch wy padkach nawet pięciuset razy. Strona 11 Schemat mikroskopu van Leeuwenhoeka. Próbki umieszcza się na końcu metalowego statywu, którego pozycję można regulować w celu ulokowania próbki dokładnie pod otworem w płytce, gdzie znajduje się szklana soczewka. Zbliżenie oka do płytki dopełnia układ optyczny. Nie poprzestał na skonstruowaniu jednego mikroskopu czy nawet kilku. Na fali innowacy jnego zapału zbudował ich ponad dwieście 6. Wy daje się wręcz, że wy my ślał kolejny model mikroskopu za każdy m razem, gdy chciał zbadać coś nowego – przy rząd zawsze by ł dostosowany do obiektu. Po kilku latach ty ch zmagań holenderski kupiec postanowił przy jrzeć się kropli wody. To właśnie wtedy, we wrześniu 1674 roku, umieścił ją 7 na staty wie tuż pod soczewką specjalnie do tego zadania skonstruowanego mikroskopu. Wrodzony dar van Leeuwenhoeka do budowania układów opty czny ch zawiódł go nie w przestrzeń kosmiczną, lecz w domenę mikrokosmosu, przy puszczalnie by ła to jednak dla niego wy prawa obfitująca w równie szokujące doznania. W kroplach wody 8 odkry ł nieznane rodzaje organizmów ży wy ch, ukry te przed wścibskim gatunkiem Homo sapiens ty lko dlatego, że ich rozmiary by ły zby t małe, aby dostrzec je nieuzbrojony m okiem. Van Leeuwenhoek szy bko zdał sobie sprawę, że jeśli te malutkie stworzonka pły wają sobie w kropli wody ze stawu, to muszą by ć wszędzie wokół. Naty chmiast poszerzy ł krąg badań. Ty m sposobem zaczął penetrować tak fascy nujące, aczkolwiek rzadko doceniane obszary naukowy ch dociekań, jak najgłębsze zakamarki ludzkiej jamy ustnej, gdzie można znaleźć lepką mieszankę śliny i pły tki nazębnej 9. Umieściwszy te próbki pod stworzoną przez siebie soczewką, van Leeuwenhoek znalazł jeszcze bogatsze zasoby ży wy ch organizmów: dziesiątki, setki, ty siące jeszcze mniejszy ch „ży jątek”, pluskający ch się we własny ch budzący ch obrzy dzenie oceanach. Za sprawą ty ch zróżnicowany ch i akty wny ch organizmów ludzkim oczom po raz pierwszy ukazały się bakterie, jednokomórkowe drobnoustroje, o który ch dzisiaj wiemy, że stanowią najliczniejszą grupę oży wionego świata, przewy ższając wszy stkie inne różnorodnością i liczebnością, jak działo się to przez ostatnie 3 do 4 miliardów lat. Często zastanawiam się, co czuł Leeuwenhoek, gdy natknął się na te rojące się populacje „ży jątek”. Niewątpliwie by ł zdumiony i oczarowany – jego notatki i zapiski wy rażają radość przemieszaną z saty sfakcją, że udało mu się uchy lić zasłonę tajemnicy skry wającą coś, co do tej pory by ło dla nas niewidzialne. Kilka następny ch lat poświęcił na konty nuowanie badań i sporządzanie zapisków doty czący ch coraz to nowy ch i nowy ch okazów i próbek. Czy jednak kiedy kolwiek przy szło mu do głowy, że któreś z ty ch pły wający ch, wirujący ch mały ch stworzeń mogłoby spojrzeć na niego? Zastanawiał się, czy mieszkańcy kropli wody przeży wają rozterki Strona 12 związane z ich miejscem we Wszechświecie? Czy rozważał, że uznają swoją kroplę za centrum wszechrzeczy i próbują wy dedukować, jakie prawa mechaniki rządzą ich niebiosami, który ch elementem zdaje się zawieszone nad nimi giganty czne oko? Nie ma dowodów świadczący ch o ty m, że van Leeuwenhoek rozmy ślał nad odpowiedziami na podobne py tania. Z całą pewnością ludzie by li zafascy nowani odkry ciami tego rodzaju, lecz nie ma wskazówek przemawiający ch za ty m, że uczony, albo ktokolwiek ze współczesny ch mu ludzi, rozważał sens dokonanego odkry cia w jakimś szerszy m, kosmiczny m kontekście. Jest dla mnie czy mś wręcz niepojęty m, że nikt nie wy biegał na ulicę, głośno przekazując nowinę: „Nie jesteśmy sami! Pełno w nas malutkich stworzeń!”. Nie wy daje się jednak, by wraz z odkry ciem ty ch mikroskopijny ch podstaw ludzie odczuli, iż oto doszło do kataklizmu, w wy niku którego zostali wy rzuceni z zajmowanego przez siebie miejsca we Wszechświecie – nawet mimo faktu, że ujawniono warstwę rzeczy wistości, która w ogóle nas nie obejmowała 10. Trzeba przy znać, że po części wy nikało to z tego, iż nie potrafiliśmy wówczas jeszcze dostrzec prawdziwy ch relacji między ży ciem mikrobów a naszy m własny m. Upły nie kolejny ch dwieście lat, nim w połowie XIX wieku formalną akceptację zy ska idea, iż choroby wy woły wane są przez bakterie 11. Potem upły nie jeszcze jedno stulecie, nim zrozumiemy, że ci mieszkańcy mikrokosmosu są integralną częścią naszej własnej budowy, setkami bilionów kłębią się w naszy ch trzewiach, a ich obecność nierozerwalnie łączy się z naszy m dobry m samopoczuciem. Nawet teraz, w XXI wieku, dopiero zaczy namy rozumieć, na czy m polega ta niezwy kła sy mbioza. W XVII wieku odkry ty przez van Leeuwenhoeka ogromny świat niedostrzegalny ch ży jątek by ł przy jmowany jako interesująca ciekawostka, ale nie przy pisy wano mu dużego wpły wu na to, jak wy gląda nasze własne miejsce we Wszechświecie. Ten ciasny światopogląd nie by ł wy tworem tamty ch czasów. By ł on odbiciem tendencji tak głęboko zakorzenionej w ludzkiej psy chice, że musiał mieć związek z najstarszy mi etapami ewolucji gatunku i pierwotny m insty nktem przetrwania. Jest to model zachowania, który m obciążony jest każdy z nas nawet w dzisiejszy ch czasach – mamy tendencję do automaty cznego stawiania ludzkiego gatunku ponad wszy stkimi inny mi, niezależnie od przedstawiany ch dowodów na fałszy wość tego poglądu. Stopień szacunku, jakim ludzie darzą ich naturalne środowisko i stworzenia zamieszkujące wraz z nimi w ty m samy m świecie, z pewnością jest różny w poszczególny ch kręgach kulturowy ch, ale mając do wy boru dwie oceny naszej sy tuacji, czy zajmujemy uprzy wilejowaną pozy cję, czy też nasze istnienie jest całkowicie bez znaczenia, większość z nas skłania się ku tej pierwszej. To samolubne podejście ujawnia się raz za razem pomimo faktu, że bez końca dręczy nas niezaspokojone pragnienie poznania odpowiedzi na py tania, skąd się wzięliśmy i jaki jest sens naszego istnienia. Możliwe, iż podświadomie wy czuwamy, że py tania te otwierają drzwi do scenariuszy, w który ch zostajemy sprowadzeni do roli budzący ch obrzy dzenie i zupełnie pozbawiony ch znaczenia odpadków w procesach zachodzący ch w takt kosmicznego zegara. Najpoważniejszy m przy kładem takiego stanu rzeczy jest zasada kopernikańska, zgodnie z którą to Słońce, nie Ziemia, znajduje się w centrum niebios, natomiast wirująca Ziemia, podobnie jak wszy stkie inne planety, obraca się wokół tej ogromnej kuli ognia. Pogląd ten prowadzi do konkluzji, że nie stanowimy centrum wszelkiego istnienia, nie jesteśmy „wy jątkowi”. Tak naprawdę jesteśmy aż do bólu zwy czajni. Strona 13 Istotnie, w ciągu ostatnich pięciuset lat nauka zatrzęsła kielichem naszej wartości bardziej niż kiedy kolwiek przedtem w udokumentowanej historii człowieka. Nakładające się na siebie rewolucy jne zmiany zachodzące w nowoczesnej opty ce, astronomii, biologii, chemii i fizy ce z całą siłą ujawniły fakt, że zamieszkujemy jedy nie jeden z drobny ch skrawków natury, a nasza normalna świadomość otaczającego świata nie wy wodzi się ani z obszaru mikroskopii, ani bezkresnego kosmosu, lecz ze strefy, którą można uważać za wąski pas graniczny między nimi dwoma. Obecnie, w XXI wieku, stoimy w obliczu przełomu, którego skala oddziały wania będzie wszechogarniająca i który rady kalnie zakłóci spokój naszej egzy stencji: realną możliwością jest odkry cie ży cia w inny ch miejscach, poza Ziemią. Możemy odkry ć, że jesteśmy zupełnie jak te ży jątka w kropli wody ze stawu w Delft – jedny m zamieszkany m światem pośród miliardów inny ch. Ewentualnie przekonamy się, że jesteśmy sami w cały m kosmosie, malutkim rojem egzy stujący m w jedny m jedy ny m zakamarku niewy tłumaczalnie ogromnej paszczy nieustannie rozszerzającej się czasoprzestrzeni. Co najbardziej zaskakujące: mamy obecnie powód, aby podejrzewać, iż oba wspomniane warianty mogą także by ć związane z jeszcze głębszy m py taniem: czy ten Wszechświat jest ty lko jedny m ogniwem w niemal nieskończonej sieci istniejący ch równolegle wszechświatów, który ch pojawienie się wy nika z najbardziej podstawowy ch właściwości próżni? Niektóre z ty ch idei prowokują i nakłaniają do my ślenia, wzbudzają ten sam rodzaj uczucia bliskiego zawrotom głowy, który musiał by ć udziałem van Leeuwenhoeka w chwili, gdy po raz pierwszy rzucił okiem na ujawniony za sprawą swoich soczewek mikrokosmos. Duża część tej książki jest poświęcona temu, jakim sposobem może uda się nam uzy skać odpowiedzi na te py tania, jakie prakty czne i zauważalne postępy robimy na drodze do zrozumienia naszego miejsca w kosmosie, rzucając przy okazji wy zwania tak wielu uprzedzeniom i funkcjonujący m koncepcjom. Będę bronił tezy, że już teraz możemy pokusić się o sformułowanie pewny ch wniosków, zaprezentuję też własną propozy cję, w jaki sposób możemy wzbogacić wiedzę na temat ży cia w kosmosie, podnieść naszą świadomość na nowy poziom wtajemniczenia. Dotarcie do sedna sprawy wy maga przeprowadzenia wnikliwej analizy jednej z najpotężniejszy ch zasad, jakie kiedy kolwiek służy ły nauce i filozofii. Korzenie tej idei są skromne, tkwią, ni mniej ni więcej, w doświadczeniach dobowego ry tmu zmian, jakim podlega niebo nad naszy mi głowami. Zobaczy my, że proponowana przez Kopernika zdecentralizowana wizja świata by ła logiczny m i przekonujący m rozwiązaniem, ponieważ pomagała objaśnić obserwowany ruch Słońca, Księży ca i planet, a objaśnienie to można by ło dzięki niej zrealizować w sposób elegancki i bardziej bezpośredni, niż pozwalały na to poprzedzające ją teorie. Jednak głoszona przez Kopernika koncepcja by ła dla wielu współczes​ny ch mu ludzi okropny m pomy słem, niepoprawny m teolo​gicznie, sugerowała bowiem, iż gatunek ludzki nie zajmuje żadnej Strona 14 uprzy wilejowanej pozy cji, lecz po części niezgodny m nawet z kanonami nauki, gdy ż rzucała wy zwanie absolutnie fundamentalny m założeniom panujący ch poglądów na temat mechaniki kosmosu. Z czasem posunęliśmy się w tej decentralizacji jeszcze dalej i obecnie uważamy, że z natury błędna jest każda teoria naukowa, która wy maga istnienia wy różnionego punktu początkowego lub odwołuje się do unikatowego punktu widzenia. Jest to nadzwy czaj rozsądne. Jeśli takie uogólnianie nie by łoby słuszne, prawa fizy ki, który m podlegasz, mogły by już nie obowiązy wać twojego przy jaciela, który ma pecha zamieszkiwać gorszą część miasta. Wszy stko, co wiemy, jednoznacznie wy klucza taką ewentualność. Będę jednak dowodził, że by ć może zasada kopernikańska już nie będzie uży teczna jako wszechobejmująca przewodniczka w określony ch kwestiach naukowy ch. Należy podkreślić, że choć nie możemy uzurpować sobie prawa do centralnego miejsca Wszechświata, o który m wiemy teraz, że nie ma żadnego wy różnionego centralnego punktu, to jednak wy daje się, że zajmujemy w nim bardzo interesujące miejsce, zarówno w czasie, jak i przestrzeni oraz skali. Niewątpliwie już wcześniej przedstawiano przemawiające za ty m różnorakie argumenty, czasem doprowadzając argumentację do hipotezy, zgodnie z którą Ziemia jest wy jątkowo „rzadkim” okazem, szczególnie ze względu na fakt, że jest kolebką inteligentnego ży cia, zdolnego zbudować cy wilizację techniczną. Wniosek taki należy jednak uznać za rady kalny i nie wierzę, aby dało się go przekonująco uzasadnić. Pokażę dlaczego. Niemniej jednak szczegóły doty czące naszego położenia – miejsce pośrednie między skalą mikroskopową i kosmiczną na skalistej planecie, krążącej wokół gwiazdy o określony m wieku – z całą pewnością wpły wają na sposób, w jaki wchodzimy w interakcje ze środowiskiem naturalny m, a także na to, jak szukamy innego ży cia we Wszechświecie. Szczegóły naszego własnego kosmicznego „adresu” również dostarczają istotny ch wskazówek. Zamierzam wy kazać, że jeśli chcemy dokonać prawdziwego postępu nauki w zakresie rozpoznania naszej pozy cji w kosmosie, musimy znaleźć sposób na wy zwolenie się z oków własnej przeciętności. Wskażę, jak można to osiągnąć. Wy ruszamy na wy prawę, której celem jest znalezienie odpowiedzi na py tanie o miejsce ludzi w kosmosie i rozwiązanie konfliktu między naszą kopernikańską przeciętnością i wy jątkowością, która poprowadzi nas od najbardziej zamierzchły ch etapów historii Ziemi do jej najbardziej odległej przy szłości, zabierze nas do rozsiany ch po całej Galakty ce układów planetarny ch, nakaże spojrzeć na świat z perspekty wy astronomii, badającej cały ogrom Wszechświata, a także z perspekty wy biologii, zajmującej się wszechświatem ujawniany m przez soczewki mikroskopu. Po drodze będziemy mieli okazję poznania nowatorskich metod badań naukowy ch, zmierzający ch do rozjaśnienia mroków spowijający ch nasze kosmiczne początki – prowadzony ch z wy korzy staniem niezwy kle zaawansowany ch technik matematy czny ch i wnikliwy ch obserwacji przy rody. Doprowadzi nas to do rzetelnego i dogłębnego przeglądu szczególny ch uwarunkowań, w jakich się znajdujemy, oraz ewaluacji naszego miejsca w kosmosie. 1 Istnieje bogata literatura i wiele materiałów źródłowy ch na temat Leeuwenhoeka, nazy wanego Strona 15 czasem ojcem mikrobiologii. Mimo że zajmował się nauką amatorsko, w ty m sensie, iż nie zdoby ł formalnego wy kształcenia, został członkiem angielskiego Towarzy stwa Królewskiego. Napisał ogółem ponad pięćset listów do Towarzy stwa i inny ch insty tucji naukowy ch, w który ch opisy wał swoje odkry cia, w ty m pierwsze w historii obserwacje komórek krwi i plemników. Interesującą ciekawostką jest to, że w 1676 roku został zarządcą posiadłości sły nnego malarza, Jana Vermeera. Van Leeuwenhoek zmarł w 1723 roku, w wieku lat dziewięćdziesięciu. Znakomity m źródłem informacji jest witry na www.vanleeuwenhoek.com/. 2 Pełny ty tuł brzmiał: Mikrografia albo pewne fizjologiczne opisy maleńkich ciał uzyskane dzięki powiększającym szkłom, które posłużyły do prowadzenia obserwacji i związanych z tym badań (uff!). Opublikowane w 1665 roku dzieło (pierwsze wy danie – J. Marty n i J. Allestry, Londy n) zawierało wiele, bardzo wiele ry sunków i opisów: „O żądle pszczoły ; o piórach pawia; o odnóżach much i inny ch owadów; o głowie muchy ; o zębach ślimaka; o kłosach dzikiego owsa; o diamentach w krzemieniu; o warzy wach rosnący ch na rozkładający ch się liściach; o podobny m do kraba owadzie”. Praca odbiła się szerokim echem. Angielski pamiętnikarz Samuel Pepy s pisał o niej, że „jest najbardziej pomy słową książką, jaką kiedy kolwiek w ży ciu czy tałem”. Warto zerknąć do krótkiego arty kułu, którego autorem jest P. Fara, A Microscopic Reality Tale, „Nature” 2009, nr 459, s. 642–44. 3 Wszechstronnie wy kształcony Anglik, urodził się w 1635 roku, zmarł w 1703. By ł niezwy kle pomy słowy m człowiekiem, wy wodzący m się z nizin społeczny ch. W świeżo powstały m Towarzy stwie Królewskim został „kuratorem ekspery mentów”. Oprócz dokonania postępu w mikroskopii by ł bardzo bliski wy prowadzenia pewny ch kluczowy ch elementów prawa ciążenia Newtona. Przy pisuje mu się zastosowanie terminu „komórka” w biologii, którego pierwszy uży ł do opisu obserwowany ch pod mikroskopem kanciasty ch komórek roślin. 4 Przed wkroczeniem na scenę Leeuwenhoeka mikroskopy do powiększania próbek budowano z wy korzy staniem wielu soczewek – najprostsza konfiguracja opierała się na dwóch soczewkach o różny ch ogniskowy ch, umieszczany ch na dwóch końcach tubusa. 5 Wciąż nie do końca wiadomo, jakimi technikami posługiwał się van Leeuwenhoek. Prawdopodobnie dzięki konstrukcji malutkich sfery czny ch soczewek udało mu się poprawić ich ogólną jakość opty czną i uniknąć pieczołowitego polerowania. Kropelki wody, w który ch znajdowały się okazy, mogły pełnić funkcję soczewek i w efekcie tworzy ć niewielkie złożone układy opty czne. 6 Źródła podają różne wartości, niektóre wspominają o ponad pięciuset, chodzi jednak raczej Strona 16 o liczbę wy konany ch soczewek, a nie mikroskopów. Van Leeuwenhoek poświęcił tej pracy niemal pięćdziesiąt lat, liczby więc raczej nie są przesadzone. 7 Z notatek van Leeuwenhoeka wy nika, że woda pochodziła z Berkelse Mere, małego jeziora w pobliżu Delft. 8 Van Leeuwenhoek napisał: „zobaczy wszy wodę, jak wy żej opisałem, zaczerpnąłem nieco do szklanej fiolki; poddawszy tę wodę badaniu następnego dnia, znalazłem zanurzone w niej cząstki ziemi oraz jakieś zielone pasemka, spiralnie zakręcone niczy m węże, regularnie ułożone, na podobieństwo miedziany ch lub cy nowy ch rurek, jakich uży wają gorzelnicy do schłodzenia napojów alkoholowy ch w procesie desty lacji. Całkowita średnica każdego z ty ch pasemek by ła równa grubości ludzkiego włosa”. 9 Próbki ludzkiego kamienia nazębnego powędrowały pod mikroskop w 1683 roku i, jak się zdaje, musiały zawierać wy stępujące w kształcie pręcików bakterie Bacillus. 10 Mikroskopijny świat intry gował naukowców, a obserwacje rozmnażania mikroorganizmów przeczy ły dominujący m wówczas poglądom o „spontanicznej genezie”. Niemniej jednak wy daje się, iż odkry cie wzbudziło znacznie mniejsze kontrowersje niż rezultaty obserwacji nieba. 11 Najlepiej znana jest praca Louisa Pasteura, który w jednoznaczny sposób obalił ideę spontanicznej genezy i postawił tezę, iż bakterie mogą nie ty lko zepsuć jedzenie, ale również wy woły wać u ludzi choroby. Podgrzewanie („pastery zowanie”) ży wności pomagało zachować ją w dobry m stanie. Robert Koch wy kazał, że wąglik wy woły wany jest przez bakterię. Strona 17 ROZDZIAŁ 1 Kompleks Kopernika W III wieku przed naszą erą, w dość przy jemny m zakątku Morza Egejskiego, na bogatej w winną latorośl wy spie Samos, położonej niedaleko zachodnich brzegów dzisiejszej Turcji, grecki filozof Ary starch wpadł na wspaniały pomy sł12. Sformułował tezę, że Ziemia obraca się wokół Słońca, umieszczając ty m samy m ciało niebieskie w samy m centrum niebios. By ło to, mówiąc oględnie, śmiałe posunięcie – głoszona przez Ary starcha idea „heliocentry zmu” by ła w jego czasach równie szokująca, jak wiele stuleci później nowsza wersja zaprezentowana przez Kopernika. Dy sponujemy zaledwie częścią dorobku Ary starcha, a większość znany ch nam prac doty czy pomy słowej analizy geometry cznej, którą posłuży ł się do udowodnienia, że Słońce jest znacznie większe od Ziemi. Jest jednak czy mś oczy wisty m, że właśnie te rozważania naprowadziły go na my śl, iż Słońce znajduje się w centrum znanego kosmosu, a gwiazdy są obiektami nadzwy czaj odległy mi. W świetle ówczesnego stanu wiedzy by ł to ogromny krok naprzód. Przy okazji zostało objaśnione zjawisko paralaksy. Paralaksa ma zastosowanie w warunkach obserwacji na powierzchni Ziemi, jak też w obserwacji nieba. Dość łatwo można pojąć, na czy m zjawisko to polega. Zamknij jedno oko, podnieś rękę, rozprostuj palce i patrz na dłoń ustawioną bokiem do twarzy. Jeśli teraz przesuniesz rękę w jedną, a potem w drugą stronę, zobaczy sz, jak różne palce to pojawiają się, to znikają jeden za drugim, w miarę jak zmienia się punkt obserwacy jny lub kąt widzenia. Właśnie ty m jest paralaksa: pozorną zmianą wzajemnego położenia odległy ch obiektów w zależności od linii wzroku. Im dalej znajdują się te obiekty, ty m mniejsza jest pozorna zmiana położenia – ty m mniejsze dostrzegalne kątowe przesunięcie obiektów. Śmiałe twierdzenie Ary starcha po części wzięło się stąd, że wy daje się, iż widziane na niebie gwiazdy nie mają najmniejszej paralaksy, nie widać, aby poruszały się względem siebie, nie Strona 18 robią tego nigdy. Tak więc jeżeli Ziemia nie jest nieruchoma w samy m centrum wszy stkiego, co istnieje, rozumował Ary starch, to gwiazdy musiały by się znajdować naprawdę bardzo daleko, w tak zawrotnie dużej odległości, że nie by liśmy w stanie zmierzy ć ich paralaksy związanej ze zmianą położenia Ziemi. Niedługo przed ogłoszeniem przez Ary starcha swoich idei wielki filozof Ary stoteles odrzucił możliwość, by gwiazdy znajdowały się w większej odległości od planet, powołując się w swej argumentacji, między inny mi, na ten sam fakt braku paralaksy. Fundamentami rozumowania Ary stotelesa by ły rozum i zdrowy rozsądek. Zbudował je na funkcjonujący ch wcześniej poglądach, zgodnie z który mi Ziemia miała zajmować centralne miejsce pośród wszelkiego stworzenia. Formułował swą tezę w prosty sposób: skoro w wy padku gwiazd nie rejestrujemy żadnej paralaksy – w ogóle nie zmieniają one swojego położenia względem inny ch gwiazd – to muszą by ć przy twierdzone do jakiejś otaczającej nas nieruchomej warstwy nieba. Wszy stko to brzmiałoby całkiem logicznie, gdy by nie fakt, że preferowany przez Ary stotelesa model kosmologiczny (powstały w wy niku rozwinięcia idei głoszony ch przez jego mentora, Platona) zakładał istnienie w przy bliżeniu pięćdziesięciu pięciu13 rozlokowany ch koncentry cznie ponad nieruchomą Ziemią solidny ch, kry staliczny ch, przezroczy sty ch sfer, po który ch poruszały się planety i gwiazdy. W ty m geocentry czny m Wszechświecie znajdowaliśmy się w ognisku wszelkich naturalny ch ruchów, gwiazdy i planety bezustannie krąży ły wokół nas po swy ch kolisty ch ścieżkach, zwy czajnie tkwiąc na obracający ch się i ślizgający ch kry staliczny ch sferach. Może zastanowiło cię, dlaczego Ary stoteles potrzebował aż pięćdziesięciu pięciu kry staliczny ch, sfery czny ch warstw, aby skonstruować swój model kosmologiczny. Częściowo przy czy na tkwiła w konieczności odwzorowania układu mechaniki kosmicznej, przenoszenia sił w sy tuacji, gdy jedna powłoka sty ka się z drugą i wprawia ją w ruch – niezbędny by ł wielki sy stem wzajemnie zależny ch od siebie ruchów i maszy neria, dzięki której wszy stkie ciała niebieskie pozostawały na swoich miejscach. Struktura ta musiała poradzić sobie jeszcze z najbardziej niepokojący m, domniemany m problemem kosmologów tamty ch czasów: otóż, w przeciwieństwie do gwiazd planety zmieniają swoje położenie na tle gwiazd i czy nią to w dość skomplikowany sposób. Te zawiłe ruchy by ły główny m elementem zagadki, którą Ary starch, a później także Kopernik, próbował rozwiązać przez zabranie Ziemi z centralnego miejsca w cały m układzie. Słowo „planeta” pochodzi od greckiego wy rażenia oznaczającego „błądzącą gwiazdę”, co znakomicie oddaje stan fakty czny, nasze odbijające słoneczne światło planety bowiem z całą pewnością błądzą po niebie. Nie ty lko poruszają się względem gwiazd, dostrzegalnie zmieniając położenie w miarę upły wu kolejny ch nocy, ale czasem wręcz wy daje się, jakby zawracały na swej drodze, zakreślają na niebie w ciągu kilku miesięcy pętlę, po czy m wracają do normalnego ruchu. Merkury i Wenus zachowują się jeszcze bardziej wy wrotowo – często w ogóle nigdzie nie można ich dostrzec. Nawet prędkość ruchu planet w ich ruchu przez niebiosa wy dawała się w różny ch okresach raz większa, raz mniejsza, zmieniała się również jasność ty ch szubrawców. Można by pomy śleć, że gdy Ary starch zaproponował układ heliocentry czny, wszy scy odetchnęli z ulgą, ponieważ umieszczenie Ziemi na jej własnej orbicie kołowej wokół Słońca szy bko okazało się znakomity m lekarstwem na większość objawów związany ch z intry gujący m Strona 19 cofaniem się planet – czy li objaśniało zjawisko, które w późniejszy m czasie znane będzie pod nazwą ruchów „wsteczny ch”. W tej konfiguracji powód tak dziwnego zachowania by ł prosty : kiedy Ziemia porusza się po okręgu wokół Słońca, nasz punkt obserwacy jny stale zmienia położenie. Naturalną koleją rzeczy jest to, że ruch naszej planety względem inny ch planet w pewny ch okresach jest postępowy, w inny ch zaś wsteczny, ulega też zmianie odległość Ziemi od inny ch planet, co prowadzi do pozornej zmiany ich jasności. By ł to pomy sł piękny, elegancki i oparty na faktach, ale... wielu ludzi go nienawidziło. Jeśli Ziemia by się poruszała, paralaksa gwiazd by łaby zauważalna, ponieważ gwiazdy z całą pewnością nie mogą by ć aż tak odległe. Nawet gdy by śmy pominęli brak dostrzegalnej paralaksy, przemieszczenie Ziemi z zaszczy tnej, centralnej pozy cji w układzie równało się anatemie. Absurdem by ło rozważanie sy tuacji, w której kolebka naszego istnienia nie znajduje się w samy m środku wszy stkiego. Biedny Ary starch dostał za to po głowie. Drugim czy nnikiem generujący m fale anty patii skierowane przeciw heliocentry zmowi by ło najprawdopodobniej obrzy dzenie, z jakim przy jmowano idee zawierające jakiekolwiek aluzje do pluralizmu. W opozy cji do poglądów Platona i Ary stotelesa, którzy utrzy my wali, iż akt stworzenia Ziemi jest unikatowy i zawiera w sobie element boski, greccy my śliciele w rodzaju Demokry ta i Epikura wspierali wizję rzeczy wistości, która opierała się na pojęciach niepodzielny ch składników materii i wolnej od niej próżni – czy li pojęciach atomów i przestrzeni. Atomy te nie by ły podobne do atomów znany ch nam dzisiaj, rozumiano je jako wy twór filozoficznej koncepcji elementarny ch cegiełek materii – by ły jednorodny mi ciałami stały mi, zby t mały mi, aby je dostrzec, różniący mi się rozmiarami, kształtem i ciężarem – której można uży ć do opisania nieskończonej liczby istniejący ch struktur. Przy jęcie idei atomów prowadziło ty ch my ślicieli do sformułowania wniosku, iż jest mało prawdopodobne, by Ziemia by ła miejscem unikatowy m. Wprost przeciwnie, powinno istnieć nieskończenie wiele zamieszkany ch światów, umiejscowiony ch w abstrakcy jnie pojmowanej przestrzeni i czasie, co musiało skutkować wy stępowaniem światów równoległy ch. Nic dziwnego, że wielość światów nie pasowała żadnemu zwolennikowi platońskiej lub ary stotelesowskiej szkoły filozoficznej. Zamiast heliocentry cznej rewolucji przez całe dziesięciolecia po Ary starchu, pewna liczba filozofów natury bezkry ty cznie przy jmowała geocentry czne „podejście” 14 do problemu denerwująco niekonwencjonalnego ruchu planet na niebie i utrzy my wała Ziemię osadzoną w roli unikatowego środka wszy stkiego, co istnieje. Preferowane przez nich rozwiązanie problemu ruchów ciał niebieskich prawdopodobnie pojawiło się po raz pierwszy niemal sto lat po ty m, jak Ary starch i Ary stoteles polemizowali ze sobą, a jego autorem na przełomie III i II wieku przed naszą erą by ł astronom i geometra Apoloniusz z Pergi. Później rozwiązanie to włączy ł do swy ch prac Klaudiusz Ptolemeusz. Ten urodzony ponad trzy sta lat po śmierci Ary starcha oby watel Grecji i Rzy mu mieszkał w Egipcie, znajdujący m się wówczas pod rządami imperium rzy mskiego. By ł niezwy kle płodny m my ślicielem, jego prace wniosły znaczący wkład w wiele dziedzin nauki, wśród który ch można wy mienić astronomię, geografię, astrologię i opty kę. Najważniejszy m jego dziełem by ła rozprawa naukowa na temat astronomii, znana jako Almagest15, zawierająca kosmologiczną wizję świata, która miała przetrwać następne 1400 lat. W modelu ptolemejskim Ziemia znajdowała się w centrum Wszechświata. Wokół niej Strona 20 poruszały się po okręgach o coraz większy m promieniu Księży c, Merkury, Wenus, a dalej Słońce, jeszcze dalej Mars, Jowisz i Saturn, za który mi znajdowała się już ty lko sfera gwiazd stały ch. Aby układ ten prawidłowo oddawał skomplikowany ruch ciał na niebie, do podstawowy ch sfer został dodany pomy słowy zestaw ruchów odby wający ch się po specjalny ch okręgach nazy wany ch deferentami i epicy klami. Okręgi te, co zakrawa na ironię, miały swój środek w punkcie położony m poza Ziemią (osobliwość ta, jak się zdaje, przez stulecia umy kała uwagi gorliwy ch wy znawców geocentry zmu). W ty m zmy ślny m układzie planety i Słońce poruszały się po mniejszy ch, idealny ch okręgach zwany ch epicy klami, które z kolei krąży ły po większy ch okręgach zwany ch deferentami, obracający mi się wokół punktu niezwiązanego z Ziemią. Rezultatem by ł model dobrze oddający ruch planet, łącznie z ich dziwny m ruchem wsteczny m. Osiągnąć to można by ło ty lko pod warunkiem bardzo dobrego dostrojenia do autenty czny ch obserwacji planet. Wszy stkie deferenty i epicy kle, co do jednego, miały skrupulatnie dobrane rozmiary i położenie, tak aby uzy skać najlepsze dopasowanie do prawdziwy ch torów, po jakich błądziły znane światy. Szkic przedstawiający jedną z prostszych wersji zaproponowanego przez Ptolemeusza geometrycznego objaśnienia ruchów planetarnych w kosmologii geocentrycznej. Mars wędruje po mniejszym okręgu nazywanym epicyklem, który z kolei porusza się po większym okręgu zwanym deferentem. Rezultat? Wydaje się, że Mars zatacza na niebie pętle, jest też raz bliżej Ziemi, raz dalej.