Nauka nie ma końca

Koniec nauki? Nie raz go przepowiadano. Nie raz jeden wydawało się, że o świecie wiemy już wszystko. Nauka uczy pokory, bo gdy wszystko jest już poukładane, przychodzi huragan. I okazuje się... że nic z tego nie rozumiemy.


Tu i tam jest tak samo


Najdobitniej to gonienie rewolucji rewolucją widać chyba w fizyce i astronomii. Jeszcze 500 lat temu uważano, że Ziemia jest w centrum wszechświata. Wyobrażano sobie, że mechanika nieba jest podobna do mechaniki dobrego zegara. W czasach, w których nie było znane prawo ciążenia, nie było alternatywy, jakiś mechanizm, w sensie dosłownym – uważano – musi za tym wszystkim stać. Geocentryczny model Ptolemeusza, choć był skomplikowany, dobrze się sprawdzał. Ale przyszedł rok 1543, w Norymberdze ukazało się dzieło Mikołaja Kopernika. W „De revolutionibus orbium coelestium” (O obrotach sfer niebieskich) cały fundament nauk przyrodniczych został zburzony.

Geocentryczna wizja świata została zastąpiona przez heliocentryczną. Ziemia przestała być w centrum, co oczywiście wywołało ogromne emocje i kontrowersje. Nie ma się co dziwić! Choć Kopernik odkrył, jak poruszają się ciała niebieskie, nie zastanawiał się nawet nad tym, co powoduje ich ruch. Mechanika nieba także Kopernikowi przypominała wnętrze zegara. Tylko jego środek był w innym miejscu niż kiedyś. Po Koperniku był Galileusz i jego wynalazek, czyli teleskop, a 100 lat później Immanuel Kant – bodaj pierwszy badacz naszej galaktyki. I wtedy pojawił się Newton. Jego teoria grawitacji w zasadzie niczego nie burzyła, ale niewątpliwie była rewolucją. Ruchem planet, gwiazd i księżyców – twierdził Newton – rządzą te same prawa co upadkiem dojrzałego jabłka. W kosmosie nie ma przekładni, zębatek i trybów jak we wnętrzu zegara. Jest prawo powszechnego ciążenia. 
Rewolucja Newtona polegała na tym, że wcześniej w ogóle nie zastanawiano się nad prawami przyrody, jakie panują poza Ziemią. Wcześniej „tu” – czyli na Ziemi – i „tam” – czyli w kosmosie – to były dwa różne światy. „Tu” wszystko jest oczywiste i intuicyjne. „Tam” wszystko jest tajemnicze. Newton pokazał, że ten podział jest całkowicie nieuzasadniony. Że „tu” i „tam” panują te same prawa fizyki. 


Jezuita wymyśla wybuch


Od Newtona do czasów nowożytnych w astronomii, a później kosmologii bardzo wiele się działo, ale prawdziwą rewolucję spowodowały obserwacje Edwina Hubble’a. Gdy młody doktorant przybył do ośrodka Mount Wilson w Pasadenie w Kalifornii (tam znalazł pracę), właśnie oddawano do użytku największy istniejący wtedy na świecie teleskop Hookera (o średnicy zwierciadła ponad 2,5 m). Młody astronom rozpoczął swoją karierę naukową od wielkiego odkrycia. Ustalił, że mgławice, o których sądzono, że znajdują się w obrębie naszej galaktyki – Drogi Mlecznej, w rzeczywistości znajdują się znacznie, znacznie dalej. Zaledwie kilka lat później odkrył, że te obiekty bardzo szybko się od siebie oddalają. Czy skoro wszechświat się rozszerza, kiedyś był skupiony w jednym punkcie? Prace Hubble’a doprowadziły do powstania koncepcji Wielkiego Wybuchu. Jej autorem był jezuita, Belg Georges Lemaître. Był rok 1931. Niecałe 400 lat wcześniej centrum wszechświata była Ziemia. A zaledwie kilka lat przed odkryciem Hubble’a cały wszechświat ograniczał się do jednej galaktyki. Zresztą galaktyki, która była statyczna. W połowie lat 20. XX w. Edwin Hubble odkrył, że Droga Mleczna to zaledwie mały wycinek wszechświata. Kilka lat później ten sam naukowiec stwierdził, że galaktyki oddalają się od Ziemi tym szybciej, im dalej się znajdują. A wszechświat jest „tworem” dynamicznym. W tamtych czasach to stwierdzenie było nie mniej rewolucyjne niż stwierdzenie, że Ziemia nie jest centrum Układu Słonecznego. 


Głucho wszędzie,
ciemno wszędzie


Ale prawdziwa rewolucja dopiero miała nastąpić. W połowie lat 70. XX w. Amerykanka Vera Rubin badała prędkość gwiazd wirujących wokół centrum galaktyki spiralnej. Badanie miało być rutynowe, a tymczasem... okazało się, że gwiazdy poruszają się tak, jak gdyby w galaktyce czy wokół niej było pełno materii, której nie widać. Tak na scenę weszła ciemna materia. Weszła bocznymi drzwiami, bo świat naukowy pomysł Rubin uznał za niedorzeczny. I w sumie chyba nie ma się co dziwić. Nie jest prosto uwierzyć, że ruchem setek bilionów gwiazd we wszechświecie kieruje coś, czego nie widać. Jeszcze trudniej było uwierzyć, że tego, czego nie widać, jest znacznie, znacznie więcej niż tego, co widać. A do takich właśnie wniosków doszła Vera Rubin. Materia widzialna stanowi zaledwie 4 proc. masy całego wszechświata. Co stanowi resztę? Ciemna materia i ciemna energia. Ciemnej materii jest około 22 proc. masy wszechświata, i istnieje kilka pomysłów, czym ciemna materia może być. Prawdziwą tajemnicę stanowi jednak ciemna energia, której jest aż 74 proc. wszechświata. To ona ma być odpowiedzialna za coraz szybsze rozpychanie się galaktyk. Odkrycie ciemnej energii i ciemnej materii było chyba ostatnim ze spektakularnych odkryć, które wywróciły naszą wiedzę do góry nogami. Nie ma wątpliwości, że nastąpią kolejne. Oczywiście burzenie fundamentów, które zawsze idzie w parze z otwieraniem nowych drzwi, to domena nie tylko astronomii czy kosmologii. Podobnie było w genetyce, neurobiologii czy fizyce cząstek elementarnych. W ciągu zaledwie kilkunastu, góra kilkudziesięciu lat odkryto, że atom to nie najmniejsza niepodzielna cegiełka materii, tylko coś, co składa się z jądra atomowego i krążących wokół niego elektronów. Potem odkryto, że jądro atomowe da się podzielić na protony i neutrony, a następnie, że każdy z nich składa się z kwarków. Za każdym razem uważaliśmy, że nasze odkrycie jest już ostateczne. Że nie wymaga dopowiedzenia, bo teraz wszystko już do siebie pasuje. To ułuda. Nauka nigdy się nie skończy. 
PS. Czy kwarki da się podzielić na jeszcze mniejsze cząstki? Zdawałoby się, że nie. A jednak!

• Przeczytaj również: Najważniejsze jest pytanie. O relacjach między wiarą i nauką z profesorem Grzegorzem Wrochną rozmawia Tomasz Rożek.