Wszechświat nie umiera nigdy

Wszechświat nie umiera nigdy
© Copyright by Piotr Cieśliński, „Gazeta Wyborcza”, 10 listopada 2010.
Chciałem rozmawiać z sir Rogerem Penrose'em o papierze toaletowym. Ale rozmowa
zeszła na jego nową teorię Wszechświata, który wiecznie odradza się w
nieskończonych cyklach - od Wielkiego Wybuchu po Wielką Pustkę.
Sir Roger Penrose - emerytowany profesor uniwersytetu w Oksfordzie, jeden z największych
matematyków i fizyków naszych czasów - oprócz nobilitacji i sławy zdobył też pokaźny majątek.
W 1974 r. rozwiązał pewien stary problem geometryczny - znalazł dwie płytki w kształcie
rombu, którymi można pokryć płaszczyznę wzorem o symetrii pięciokątnej oraz nieokresowym
(a więc takim, który się nie powtarza w żadnym kierunku - w przeciwieństwie do tradycyjnych
układów glazury czy klepek podłogowych). Z tych rombów można było wyczarować niezwykłe
puzzle, mozaiki, witraże. Penrose je opatentował.
Jakiś czas potem łudząco podobny wzór pojawił się też na tysiącach rolek papieru toaletowego.
Ale mimo że wielu matematyków marzy o tym, by rozpowszechnić swoje abstrakcyjne prace
wśród szerokiej publiczności, Penrose nie był zadowolony. Amerykański producent użył wzoru
bez pozwolenia i Penrose podał go do sądu.
Naukowca, który kończy w tym roku 79 lat, ale tego sędziwego wieku wcale po nim nie widać,
spotkałem na majowej konferencji "Droga do rzeczywistości" w Instytucie Matematyki PAN.
Zapytałem, jak się sprawa z papierem skończyła: - Nie mogę tego zdradzić, bo zawarłem
ugodę, a jednym z jej punktów było to, że nie powinienem się na ten temat wypowiadać.
Opowiedział za to o swej nowej teorii Wszechświata. Mówiąc: - Jest na tyle szalona, że jest
szansa, iż jest prawdziwa.
Miesiąc temu też opublikował poświęconą temu książkę: "Cykle czasu: niezwykłe nowe
spojrzenie na Wszechświat".
Zmierzamy w kierunku chaosu
Największe zaszczyty - m.in. Nagroda Wolfa (1988 r.), także tytuł szlachecki od angielskiej
królowej (1994 r.) - spotkały Penrose'a za prace z teorii relatywistycznej. Jako pierwszy wykazał,
że we wnętrzu czarnej dziury pojawia się osobliwość - punkt, w którym gęstość materii staje się
nieskończenie duża. Potem, wspólnie ze Stephenem Hawkingiem, udowodnił, że nieodłączną
cechą równań Einsteina jest także to, że w dalekiej przeszłości Wszechświat musiał być w
podobnie ekstremalnym stanie, nieskończenie gęsty i gorący, jak środek czarnej dziury. Można
by rzec, iż matematycznie dowiódł, że Wszechświat miał początek.
W swej nowej teorii dokonuje jednak dramatycznego zwrotu - twierdzi, że Wielki Wybuch był
początkiem, ale tylko jednego z cykli Wszechświata, których zapewne jest nieskończenie wiele.
Koncepcja "oscylującego" Wszechświata jest równie stara jak teoria Einsteina, z której wynikało,
że kosmos może puchnąć jak bańka mydlana. Wielu kosmologom łatwiej było przyjąć, że świat
jest wieczny i cyklicznie przechodzi z fazy rozszerzania do kurczenia się, zamiast uwierzyć w to,
że był jakiś początek, a więc akt stworzenia czegoś z niczego.
Wielki i dotychczas nierozwiązany problem dla tej hipotezy stwarza jednak druga zasada
termodynamiki, która mówi, że w naturze stale wzrasta nieporządek. Filiżanka z kawą może z
łatwością się rozbić na tysiące kawałków, ale nikt jeszcze nie widział, by one same na powrót
się skleiły. Mleko miesza się z kawą, ale trudno o proces odwrotny - by te ciecze same się
rozdzieliły. Oczywiście można posprzątać bałagan, ale wymaga to pewnego nakładu pracy, co
skutkuje jeszcze większym wzrostem nieporządku w innym miejscu.
Fizycy mierzą stopień nieuporządkowania wielkością zwaną entropią, a druga zasada
termodynamiki mówi, iż entropia zawsze wzrasta. Świat zmierza w kierunku większego
1
bałaganu, a energia stale się rozprasza.
Nie odwróci tej tendencji nawet to, że kosmos zacznie się kurczyć. Z tego wynika, że każdy
kolejny cykl Wszechświata musi być inny, bardziej zabałaganiony, a u zarania musiał być ten
pierwszy cykl, w którym Wszechświat był maksymalnie uporządkowany. I znowu wracamy do
problemu początku i aktu stworzenia.
Wieczność do dyspozycji
To, że Wszechświat musiał się zacząć od bardzo uporządkowanego stanu, jest również
problemem dla klasycznej teorii Wielkiego Wybuchu (chyba że ktoś za dobrą monetę bierze
hipotezy inflacji, czy też wielu światów). Bo niby skąd w tej chwili wielkiego zamieszania i
chaosu miał się wziąć unikalny porządek? Wydaje się, że powinno być akurat na odwrót.
- Jakieś pięć, sześć lat temu olśniło mnie, znalazłem rozwiązanie - mówi Penrose. Impulsem
była niedawna obserwacja astrofizyków, że przestrzeń kosmiczna zamiast spowalniać - zaczyna
coraz szybciej się rozszerzać. Źródłem tego jest tajemnicza ciemna energia, o której wciąż nic
nie wiadomo. Jedno jest tylko coraz bardziej pewne - kosmos staje się coraz większy i
zimniejszy, gromady galaktyk coraz bardziej samotne, a promieniowanie rozrzedzone. Gwiazdy,
w tym Słońce, wypalą się i ostygną. Cała materia stopniowo wpadnie do czarnych dziur, które
też będą powoli znikały, gdyż - zgodnie z teorią Hawkinga - zamienią się w promieniowanie.
W końcu całą przestrzeń wypełni tylko ocean promieniowania, którego temperatura będzie się
zbliżała do zera bezwzględnego.
To niezwykle odległa perspektywa, dzieli nas od niej niewyobrażalna liczba lat. - Ale czas nie
ma znaczenia - mówi Penrose. - Bo dla promieniowania czas nie istnieje.
To jeden z zadziwiających wniosków teorii względności Einsteina. Im szybciej się poruszamy,
tym bardziej nasz wewnętrzny zegar zwalnia. Dla poruszających się z prędkością światła - czas
po prostu staje w miejscu. Zegar przestaje tykać. A ponieważ w tym odległym kosmosie, oprócz
promieniowania nie będzie nic innego, nie będzie też czasu.
A wraz z czasem straci także sens pojęcie odległości - pamiętajmy, że nie będzie żadnych
materialnych obiektów, a więc żadnego wzorca metra, a także zegara, który by odmierzał
odległość pokonaną przez promień światła (tak jak dziś definiuje się jednostkę metra).
Ściślej rzecz biorąc, geometria przestrzeni kosmicznej nie będzie miała określonej skali. Cały
monstrualnie wielki Wszechświat nagle straci miarę dla swojej wielkości.
To pierwszy z kluczowych punktów teorii Penrose'a. Drugi jest równie zadziwiający. Mianowicie
naukowiec dowodzi, że rozdęty i wypełniony zimnym promieniowaniem kosmos stanie się w
gruncie rzeczy bardzo podobny do tego, który istniał tuż po Wielkim Wybuchu, kiedy też
dominowało promieniowanie, choć gorące. Różnica tkwi tylko w skali. Gdyby go nagle
przeskalować, tj. sprasować tryliony razy, to z matematycznego punktu widzenia dostaniemy
zupełnie to samo.
A co z entropią kosmosu, czyli nieporządkiem? Też jest taka sama, jak tuż po Wielkim Wybuchu,
więc wyjątkowo mała. Najpierw ukryła się w czarnych dziurach, które wessały materię wraz z
całym jej bałaganem. A potem czarne dziury wyparowały, więc problem rozpłynął się wraz z
nimi.
Jeśli między młodym i starym kosmosem nie ma żadnej różnicy poza skalą, to co się stanie,
kiedy ta skala zniknie? Wniosek Penrose'a brzmi absurdalnie. Sugeruje on, że rozszerzanie się
kosmosu i wynikła z tego bezbrzeżna, zimna pustka mogą w dalekiej przyszłości przerodzić się
w ponowny... Wielki Wybuch. I tak w koło. Kolejne cykle, zwieńczone czy też zaczęte Wielkimi
Wybuchami, Penrose zwie eonami.
- Wszechświat pozornie bez końca się rozszerza, aż w pewnej chwili... traci poczucie czasu i
wraca do początku - tłumaczy. Czy z praw fizyki wynika, jak miałoby przebiegać takie
2
"przeskalowanie" przestrzeni? - Nie, ale nie znamy jeszcze teorii kwantowej grawitacji odpowiada Penrose. - Ten proces może być w tej kwantowej teorii niezwykle mało
prawdopodobny, ale co z tego? Wszak czas się zatrzyma, do dyspozycji będzie nawet i
wieczność.
3