Początek. Jim Baggott
dokładnością. Pamiętam, jak w dzieciństwie bawiłem się bączkiem. Zabawkę wprawiało się w ruch, pociągając za sznurek, a potem można było siedzieć i obserwować wirowanie (czasy były wtedy prostsze). Dowiedziałem się dzięki temu o precesji, aczkolwiek nie miałem pojęcia, że patrzę na zjawisko, które nosi taką nazwę.
10 Albert Einstein, „Sitzungsberichten der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin” 1917, nr 142. Cytowane w: Walter Isaacson, Einstein: jego życie, jego wszechświat, przeł. Jarosław Skowroński, W.A.B., Warszawa 2010, s. 254.
11 Przyjrzymy się tym dowodom bliżej w rozdziale 4.
12 W autobiografii urodzony na Ukrainie fizyk teoretyk George Gamow napisał: „Kiedy omawiałem z Einsteinem problemy kosmologiczne, napomknął, że wprowadzenie stałej kosmologicznej było największym błędem, jaki popełnił w życiu”. George Gamow, My World Line: An Informal Autobiography, Viking Press, Nowy Jork 1970, s. 149. Cytowane w: Walter Isaacson, op. cit., s. 355–6.
13 Lemaître napisał: „Wszystko dzieje się tak, jakby energia próżni nie była równa zeru”. G. Lemaître, „Annales de la Société Scientifique de Bruxelles”, Serie A, 53, s. 51–85. Cytowane w: Harry Nussabaumer, Lydia Bieri, Discovering the Expanding Universe, Cambridge University Press, 2009, s. 171.
14 Temperatura na rysunku 3(b) podana jest w kelwinach. Wartość temperatury w tej skali można uzyskać z bardziej znanej skali stopni Celsjusza, dodając do temperatury wyrażonej w stopniach Celsjusza 273 stopnie. Wobec tego temperatura krzepnięcia wody wynosi 0ºC, czyli 273 kelwiny. Temperatura wrzenia wody to 100ºC lub 373 kelwiny. Zero kelwinów oznacza „zero bezwzględne”, temperaturę ciała (hipotetycznego), które w ogóle nie ma energii.
15 Jeśli nie czujesz się komfortowo w sytuacji, gdy bardzo małe lub bardzo duże liczby przedstawiane są w postaci wykładniczej (z użyciem potęg liczby dziesięć), jak w zapisie 4 × 1017, zerknij do Dodatku.
16 Oczywiście, nie są to kolory i zapachy w potocznym, „codziennym” ich znaczeniu. W kontekście kwarków najlepiej jest myśleć o nich podobnie jak o ładunku elektrycznym. Są dwa rodzaje ładunku elektrycznego, dodatnie i ujemne. Wyróżnia się trzy rodzaje koloru kwarków, czerwony, zielony i niebieski, oraz sześć rodzajów zapachu: górny, dolny, dziwny, powabny, niski i wysoki.
17 Skala Plancka jest skalą masy/energii w zakresie około 1010 miliardów elektronowoltów, w której efekty kwantowe grawitacji, jak sądzimy, stają się silne. Charakteryzują ją miary masy, długości i czasu, których wartość wyliczana jest z trzech fundamentalnych stałych przyrody: stałej grawitacyjnej G, stałej Plancka ħ dzielonej przez 2π, zapisywanej ħ (czyt. h kreślone), i prędkości światła c. Masa Plancka wyliczana jest ze wzoru
18 Alan Guth, Wszechświat inflacyjny: w poszukiwaniu nowej teorii pochodzenia kosmosu, przeł. Ewa L. Łokas, Bogumił Bieniok, Prószyński i S-ka, Warszawa 2000.
ROZDZIAŁ 2
Złamanie symetrii
czyli o powstawaniu masy
Niewątpliwie zauważyliście, że gdy mowa o naturze cząstek wypełniających Wszechświat po upływie 10–32 sekundy jego istnienia, pozostaję dość ostrożny. Prawdę mówiąc, z taką samą ostrożnością traktowałem stosunkowo wiele kwestii. Nasza zdolność rozumienia tych najwcześniejszych chwil w życiu Wszechświata natrafia na poważne ograniczenie, jakim jest słaba przystosowalność naszych teorii naukowych do warunków, jakie według nas dominowały wówczas w kosmosie.
Nie desperujcie. Gdy tylko dotrzemy do końca tej ery, w bilionowej części sekundy od Wielkiego Wybuchu, staniemy na nieco bardziej znajomym i krzepiącym gruncie.
Zanim przejdziemy dalej, musimy lepiej zrozumieć naturę cząstek, ponieważ to one w naszej opowieści nadadzą kształt temu, co najistotniejsze – zasadniczej esencji człowieka i otaczającego go świata.
Nie jestem pewien, co mogło przemknąć Wam przez głowę, gdy użyłem słowa „cząstka”, ale gdybym był młodszy (i bardziej niewinny), zapewne wyobraziłbym sobie maciupeńki, odrębny kawałek substancji, „tworzywo” wszystkiego, co nas otacza, coś w duchu wymyślonej przez filozofów starożytnej Grecji idei „atomu”. Pozbawiony szczególnie bujnej wyobraźni, postrzegałbym owe „cząstki” jako maleńkie, nieściśliwe i niepodzielne kulki materii, odbijające się od siebie nawzajem niczym niezliczone mikroskopijne kule bilardowe.
Jeżeli takie właśnie macie o nich wyobrażenie, to zapewniam Was – trudno bardziej mijać się z prawdą.
NATURA KWANTOWYCH CZĄSTEK
W pierwszych dekadach XX wieku fizycy doznali potężnego szoku intelektualnego. Odkryli, że mikroskopijne cząstki, z których składają się atomy i molekuły – budulec wszystkiego, co znajduje się w naszym świecie – przejawiają dość dziwne zachowania. W pewnych okolicznościach zachowują się tak, jak moglibyśmy się tego naiwnie spodziewać: niczym odrębne kulki materii, przemieszczające się w przestrzeni wzdłuż jasno określonych torów czy też trajektorii. Istnieją wszakże inne okoliczności, w których te same cząstki zaczynają zachowywać się jak zaburzenia falowe, a ich grzbiety i doliny przemieszczają się w przestrzeni niczym zmarszczki na powierzchni stawu, do którego ktoś wrzucił kamień.
To zjawisko znane jako dualizm korpuskularno-falowy. Pewnie nie będziecie zaskoczeni, gdy powiem, że człowiekiem, który w 1905 roku zapoczątkował badania nad tym zjawiskiem, był Albert Einstein.
Einstein interesował się naturą światła. Chociaż Newton wyobrażał sobie, że składa się ono z maleńkich cząstek (które nazwał „korpuskułami”), w 1905 roku znane już były dowody naukowe zdecydowanie wskazujące na model oparty na falach świetlnych. Na przykład światło zmuszone przeciskać się przez wąską przesłonę lub szczelinę w metalowej płytce rozprasza się, podlegając zjawisku znanemu jako dyfrakcja. Gdyby zgodnie z założeniami składało się z cząstek, które poruszają się po liniach prostych i podlegają prawom ruchu Newtona, naprawdę trudno byłoby wyjaśnić ich zachowanie. Znacznie łatwiej jest je zrozumieć, zakładając, że składa się z fal.
Światło podlega również interferencji. Skierowane na dwie, sąsiadujące ze sobą wąskie przesłony lub szczeliny, ulega dyfrakcji na każdej z nich. Fale, które rozchodzą się po pokonaniu każdej ze szczelin, zachowują się, jakby emitowały je „wtórne” źródła światła, i wzajemnie się przenikają. Tam gdzie grzbiet jednej fali spotyka się z grzbietem drugiej, dochodzi do interferencji konstruktywnej – fale wzajemnie się wzmacniają, tworząc wyższy grzbiet. Tam gdzie dolina spotyka dolinę, powstaje głębsza dolina. Z kolei gdy grzbiet spotyka