Nieuporządkowane życie planet. Paul Murdin
po którymś z rodziców są przekazywane kolejnemu pokoleniu pod warunkiem, że różnice te sprzyjają osiągnięciu sukcesu biologicznego. Zachodzi zatem powtarzający się, ewolucyjny proces, w którym struktura organu biologicznego udoskonala się, aby lepiej służyć swemu przeznaczeniu. To tylko wrażenie, że dany organ został zaprojektowany celowo. W dzisiejszych czasach argumenty z dzieła Paleya są wykorzystywane głównie w celu poparcia poglądów przeciwnych teorii ewolucji Darwina, często na rzecz kreacjonizmu, koncepcji, zgodnie z którą wszechświat, a w szczególności rodzaj ludzki, został stworzony raz na zawsze przez Boga.
Biologia przedstawia argumenty dowodzące w sposób naukowy, że stworzenia żywe najwyraźniej ewoluują w kierunku przewidzianego modelu poprzez stopniowe, dziedziczne zmiany, których rezultatem jest doskonalenie funkcji w wyniku doboru naturalnego. W fizyce postęp, jaki dokonał się w dziedzinie mechaniki kwantowej w wieku dwudziestym, podał w postmodernistyczną wątpliwość bazujące na teologii naturalnej przekonania Paleya dotyczące zjawisk fizycznych. Mechanika kwantowa wprowadziła definitywnie zasadę nieoznaczoności: wynik danego procesu w fizyce jest z natury niepewny i nie istnieje coś takiego jak nieuchronność rezultatu naturalnych zmian fizycznych, a jedynie wiele różnych możliwości, przy czym niektóre z nich są bardziej pożądane od innych.
W najbardziej oczywisty sposób widać to w zachowaniu mikrocząstek – elektronów, atomów, kwarków itd. Również w astronomii przyszłość makroobiektów, takich jak Układ Słoneczny, nie jest pewna – w tym wypadku pozostaje to w zgodzie z teorią chaosu – co odkryto przy okazji stosowania teorii grawitacji w astronomii. Oświeceniowe przekonanie Laplace’a, że – bazując na teorii grawitacji – można z zasady przewidzieć wszystko, co stanie się w przyszłości, jest nieprawdziwe. Nie ma żadnej pewności co do przyszłości, jedynie prawdopodobieństwo. To odwrotność tego, co wynika z modelu zegarka.
Mówiąc z dumą o tym, co może przewidzieć potężna inteligencja, Laplace wnioskował na podstawie dokonanej przez Newtona analizy dwóch ciał, z których jedno krąży po orbicie wokół drugiego: Słońca i planety, dwóch gwiazd czy dwóch galaktyk. Orbity są w tych wypadkach rzeczywiście określone raz na zawsze, to powtarzane bez końca elipsy. Ale Układ Słoneczny składa się przecież z więcej niż dwóch ciał – wokół Słońca krąży po orbitach osiem głównych planet i niezliczone mniejsze obiekty. Na pewnym poziomie niemożliwe jest ignorowanie oddziaływania poszczególnych planet na inne, orbity planet są więc w rzeczywistości znacznie bardziej skomplikowane niż powtarzalne elipsy, o których mowa w prostym przypadku dwóch ciał.
Rozszerzenie teorii Newtona z dwóch ciał o choćby tylko jedno, do zaledwie trzech ciał, okazało się trudne, de facto niezmiernie skomplikowane. W 1887 roku król Szwecji zaoferował nagrodę za rozwiązanie problemu nazwanego później problemem trzech ciał; chodziło o wyznaczenie orbit trzech poruszających się ciał oddziałujących na siebie wzajemnie zgodnie z prawem grawitacji. Jednym z rywalizujących o nagrodę był Henri Poincaré; zwyciężył, ponieważ jego analiza okazała się najbardziej imponująca, ale nie znalazł precyzyjnego rozwiązania matematycznego, jakiego poszukiwano.
Poincaré zdołał wyliczyć orbity trzech ciał numerycznie – dziś zrobiłyby to komputery; on musiał wykonać mozolne obliczenia na papierze – ale orbity były „tak zagmatwane, że nie byłem nawet w stanie zacząć ich wykreślać”. Ponadto Poincaré stwierdził, że kiedy trzy ciała startowały z nieznacznie zmienionych pozycji początkowych, orbity były zupełnie inne. „Jest rzeczą prawdopodobną, że niewielkie różnice w pozycjach początkowych mogą prowadzić do ogromnych różnic w ostatecznym kształcie zjawisk. Przewidywanie staje się niemożliwe”.
Badania Poincarégo zostały potwierdzone za pomocą nowoczesnych technik matematycznych. Matematycy, opisując dziś orbity planetarne, określają je jako „chaotyczne”. Kiedy zaczynamy od konkretnej konfiguracji planet, możemy wyliczyć, gdzie będą się one znajdowały za, powiedzmy, 100 milionów lat. Kiedy przesuniemy jedną z planet o zaledwie jeden centymetr w stosunku do jej pozycji początkowej, można by oczekiwać, że efekt, jaki będzie to miało na pozycję planet po tym samym czasie, czyli po upływie 100 milionów lat, będzie podobnych rozmiarów, a więc całkowicie nieistotny. W rzeczywistości planety mogą dosłownie być prawie wszędzie, w granicach możliwości, wynik może zatem być całkowicie różny od poprzedniego. Przesunięcie pozycji, które powstaje w rezultacie nieznacznego przesunięcia początkowego, narasta w sposób niekontrolowany.
We współczesnej fizyce do opisania tego rodzaju zachowań używa się słowa „chaos”; chodzi o zachowania, które są przewidywalne w krótkim okresie, zaś w długim okresie są tak bardzo uzależnione od stanu początkowego, że w tymże długim okresie nie można ich prawidłowo oszacować. Meteorologowie potrafią zazwyczaj przewidzieć pogodę, mniej lub bardziej dokładnie, na dzień albo tydzień do przodu. Jednak, jako że nikt nie umie ocenić, jakie zakłócenia parametrów powietrza powoduje trzepot skrzydeł każdego pojedynczego motyla w Brazylii, meteorologowie nie potrafią przewidzieć, kiedy i w którym miejscu w następnym roku huragan uderzy we Florydę – drobny, nieznany efekt łopotania skrzydłami całkowicie zmienia przyszłość. Ta okoliczność dotycząca prognozowania pogody została odkryta w 1963 roku przez Edwarda Lorenza, meteorologa z Massachusetts Institute of Technology. Kiedy zmienimy choć odrobinę dane początkowe, wzorce pogodowe niezbędne do prognozowania mogą ulec całkowitemu przeobrażeniu. Lorenz nazwał to efektem motyla; James Yorke ukuł termin „chaos”. Pojęcie meteorologicznego chaosu współgrało z wcześniej odkrytą przez Poincarégo cechą orbit planetarnych.
Dla Układu Słonecznego „chaos” oznacza, że w ciągu ostatnich 4 miliardów lat, od czasu uformowania się naszego systemu planetarnego, zaszły niedające się oszacować, gwałtowne zmiany w pozycjach planet. Wstrząsy te, które byłe zdarzeniami jedynymi w swoim rodzaju, zadecydowały o charakterze każdej z planet Układu Słonecznego. Jeszcze bardziej zaskakujące i jak dotychczas niewyjaśnione jest to, że, o ile nam wiadomo, Układ Słoneczny jako całość również wydaje się jedyny w swoim rodzaju.
W roku 2019, kiedy piszę tę książkę, znanych jest około 3800 planet krążących wokół gwiazd innych niż Słońce (to tak zwane planety pozasłoneczne). Planety są najwyraźniej czymś pospolitym. Na jedną gwiazdę w naszej galaktyce przypada średnio jedna planeta – połowa gwiazd nie ma żadnych planet, połowa ma ich, przeciętnie biorąc, dwie. Badania nie są zakończone, ponieważ odkrycie planet krążących wokół gwiazd oddalonych od nas o lata świetlne albo o tysiące lat świetlnych jest trudne; astronomowie mają możliwość namierzenia jedynie najłatwiejszych przypadków, ale wykorzystując posiadaną wiedzę, potrafią, umiejętnie wszystko rozważywszy, dostrzec pewne ogólne własności planet i układów planetarnych.
Wydaje się, że najbardziej pospolite planety w naszej galaktyce są podobne do Ziemi, ale dwukrotnie od niej większe – to tak zwane superziemie. Układ Słoneczny ma cztery planety ziemiopodobne, z których Ziemia jest największa. Nie mamy superziemi – możliwe, że nigdy takowej nie mieliśmy albo może mieliśmy, ale przestała istnieć. Nie wiadomo, co sprzyja formowaniu się superziemi, ale niewykluczone, że nasz Układ Słoneczny przeoczył taką okazję. A może Układ Słoneczny wytworzył supeziemię, która z jakiegoś powodu została wyrzucona w przestrzeń międzygwiezdną? Co takiego zaszło w historii naszego układu planetarnego? Jakie zdarzenie było ewidentnie na tyle katastrofalne, aby skazać superziemię na zagładę, a naszej Ziemi pozwolić przetrwać?
Kolejna rozbieżność dotyczy planet pozasłonecznych o masie bliskiej lub równej Jowiszowi. Są one pospolite: w Układzie Słonecznym mamy dwie takie planety, samego Jowisza oraz Saturna. Planety typu jowiszowego, czyli po prostu jowisze, są najczęściej odkrywanymi planetami pozasłonecznymi (co oczywiste, jako że są one największe i mają największą masę, a zatem najłatwiej je zaobserwować). Zaskakujące jest to, że pozasłoneczne jowisze krążą znacznie