Krótka historia przestrzeni

My, ludzie, od zarania dziejów zastanawialiśmy się nad rozmiarami otaczającego nas świata i miejsca, jakie w nim zajmujemy. Początkowo wiedzeni ignorancją i pychą, stawialiśmy siebie w centrum wydarzeń, przeświadczeni, że wszystko co widzimy, jest wszystkim co istnieje. Z czasem doceniając rozum, jakim obdarzyła nas natura, weryfikowaliśmy wyobrażenia o nas i otaczającej rzeczywistości, stale znajdując dowody na to, że żyjemy w świecie znacznie większym, niż wielu uczonych przypuszczało.

To astronomia, będąca najstarszą nauką ilościową, przyczyniła się do zmiany postrzegania miejsca człowieka we wszechświecie. Już w starożytności, wykorzystując obserwacje, praprzodkowie dostarczali mniej lub bardziej trafnych faktów o rzeczywistości. Ówcześni uczeni, jak i ich następcy, zajmowali się tłumaczeniem wielu aspektów przyrody, w tym rozmiarów obiektów i ich miejsca w przestrzeni, które znajdowały się w zasięgu wzroku. Arystoteles (384-322 p.n.e.) podawał, że „…jak wynika z obliczeń astronomów, Słońce przekracza Ziemię wielkością, odległość natomiast gwiazd od Ziemi jest większa niż od Słońca – podobnie jak odległość Słońca do Księżyca – zatem stożek wyznaczony przez promienie słoneczne zakończy się w niewielkiej odległości od Ziemi i cień Ziemi, który nazywamy nocą, nie przedłuży się do gwiazd.”[1] Większość zapisów nazwisk uczonych oraz metod, jakimi dokonali tych obliczeń, zostały utracone bezpowrotnie, lecz część się zachowała, choć zapomnieliśmy o nich na wiele stuleci.

Najpierw, gdy tylko statki zaczęły pływać po morzach, nasi przodkowie zrozumieli, że znikające za horyzontem obiekty świadczą o tym, że Ziemia jest kulista a nie płaska. Posiadający tę wiedzę grecki uczony Eratostenes z Cyreny (276-194 p.n.e.), wykorzystując pomiary kątów padających promieni słonecznych w Syenie (dzisiejszym Asuanie) oraz położonej na północ od niej Aleksandrii, zdołał wyliczyć obwód Ziemi. Wynik jaki otrzymał, był zaskakująco bliski współczesnej wartości. Według Erastotenesa wynosił on 39 700 km (250 000 stadionów), gdy faktycznie jest to 40 075 km.[2]

Żyjący wówczas Arystarch z Samos (310-230 p.n.e.) zauważył, że podczas zaćmienia Księżyca, padający cień Ziemi na powierzchnię naszego naturalnego satelity jest zakrzywiony. Mając do dyspozycji wyliczenia Eratostenesa oraz będąc świadomym, że skoro Ziemia jest mniejsza od Słońca, doszedł do wniosku, że Księżyc musi być zatem mniejszy od Ziemi. Na tej podstawie wyliczył, że jego średnica wynosi 0,36 średnicy naszej planety (faktycznie 0,27). Ten wynik posłużył mu później do obliczenia odległości do Księżyca i Słońca. Według Arystarcha Księżyc był oddalony o 9,5 średnic Ziemi (faktycznie 30,2), a Słońce 180 średnic Ziemi (faktycznie 11 726). Wszystkie jego wyniki wprawdzie znacznie odbiegały od rzeczywistych wartości, jednakże to Arystarch uświadomił sobie na długo wcześniej przed Mikołajem Kopernikiem (1473-1543), że bardziej prawdopodobne jest to, że Ziemia krąży wokół Słońca, a nie na odwrót.[3] Wiedza ta jednak popadła w zapomnienie i musieliśmy czekać niemal dwa tysiące lat, nim polski uczony doszedł do tego samego wniosku.

Do momentu opublikowania dzieła Kopernika O obrotach sfer niebieskich, przez kilkanaście stuleci panował system Ptolemeusza (100-168), zakładający, że Ziemia znajduje się w centrum wszechświata. System ten był przyczyną długotrwałego okresu stagnacji w dziedzinie astronomii. System heliocentryczny toruńskiego uczonego ostatecznie obalił to wyobrażenie, choć dopiero po wydaniu przez Galileusza (1564-1642) w 1610 roku Siderus nuncius (Posłanie gwiazd), książka Kopernika została ostatecznie zaakceptowana przez Kościół.[4]

Samo dzieło Galileusza stało się sensacją. Opisał w nim obserwacje wykonane za pomocą własnoręcznie skonstruowanej lunety, przybliżającej obiekty tysiąckrotnie. Na Księżycu dostrzegł góry, doliny i obszary, które uznał za morza, niszcząc tym samym przekonanie, że ciała niebieskie mają doskonałe kształty. Zaobserwował także na nocnym niebie satelity Jowisza, ale przede wszystkim ujrzał Drogę Mleczną usianą niezliczoną ilością gwiazd, choć dla niego były to zaledwie jasne kropki.[5] Wszechświat stał się bogatszy, niż kiedykolwiek wcześniej.

W 1838 roku niemiecki matematyk i astronom Friedrich Bessel (1784-1864) doprowadził do kolejnego przełomu i obliczył odległość do jednej z gwiazd, wykorzystując zjawisko paralaksy trygonometrycznej. Przyglądając się tym samym fragmentom nieba w odstępie półrocznym (czyli, gdy Ziemia znajduje się w dwóch przeciwległych punktach orbity), zauważył że gwiazda 61 Cygni przesunęła się o niewielki kąt. Na podstawie tej obserwacji wyliczył, że odległość ta wynosi około 657 700 jednostek astronomicznych (około 10,3 lat świetlnych) i tym samym zapoczątkował pomiary odległości do dziesiątek tysięcy gwiazd.[6] (Znamienne jest to, że wykrycie planet krążących wokół tych gwiazd okazało się najtrudniejszym zadaniem i dopiero w drugiej połowie lat dziewięćdziesiątych XX wieku uzyskano pierwsze przekonujące dowody na ich istnienie). Wkrótce część uczonych postanowiło oszacować średnicę i grubość Galaktyki, lecz ich ówczesne wyniki były nietrafione.

Odkrycie Bessela sprawiło, że przez kilkadziesiąt kolejnych lat trwał spór o to, czy obserwowane gwiazdy i znacznie różniące się od nich mgławice spiralne leżą w Drodze Mlecznej, czy są niezależnymi strukturami podobnymi do naszej galaktyki. Wyznaczenie odległości do nawet najjaśniejszych cefeid (gwiazd zmieniających jasność wskutek okresowych pulsacji) za pomocą pomiaru paralaksy, okazało się niemożliwe ze względu na ich znaczne oddalenie od Ziemi. Pozostała jedynie tzw. metoda statycznej oceny odległości na podstawie prędkości radialnych i ruchów własnych tych gwiazd. Amerykański astronom Edwin Powell Hubble (1889-1953) wykorzystując tę metodę, zakończył ostatecznie niezgodność poglądów. Korzystając z największego ówcześnie teleskopu w obserwatorium na Mount Wilson w Kalifornii, udowodnił że jedna z gwiazd leżących w Wielkiej Mgławicy Andromedy jest cefeidą i na podstawie zależności okres-jasność wyznaczył odległość do tego zbiorowiska gwiazd, która wyniosła 850 000 lat świetlnych. Choć faktycznie ta odległość wynosi około 2,5 miliona lat świetlnych (Hubble jej nie doszacował), już wtedy znacznie przekraczała szacowaną średnicę Galaktyki i po raz kolejny przekonaliśmy się, że żyjemy w znacznie większym wszechświecie, niż sądziliśmy.[7]

Następne lata przyniosły odkrycie kolejnych, znacznie odleglejszych galaktyk, przesuwając tym samym horyzont o miliardy lat świetlnych. Wkrótce galaktyki okazały się łączyć w jeszcze większe układy – grupy i gromady galaktyk, a te z kolei w supergromady, będące nadal niewielkimi częściami obserwowalnego Wszechświata.

Jakby tego było mało, współczesna kosmologia dostarczyła także dowodów na to, że przestrzeń nie tylko nieustannie się rozszerza, ale jest także nieskończona. Wszechświat może być nawet dziesięć do milionowej potęgi razy większy niż ten dający się obecnie obserwować.[8]

W ciągu ponad dwóch tysiącleci dowiedzieliśmy się, że jesteśmy częścią niewyobrażalnie wielkiego wszechświata. A wraz z każdym odkryciem co raz większych obszarów kosmosu, stopniowo tracimy poczucie własnej wyjątkowości, by w końcu zrozumieć, że jesteśmy niewielkim pyłem w bezmiarze kosmosu. Stephen Hawking stwierdził, że „jesteśmy tylko szczególnie zaawansowaną w rozwoju odmianą małp na niezbyt ważnej planecie, krążącej wokół całkiem przeciętnego Słońca.”[9] Czy faktycznie nie powinniśmy sobie przypisywać żadnej znaczącej wartości? O tym w kolejnych tekstach.

Powiązane:
Krótka historia przestrzeni → O idei multiwszechświata → Liczby życia → Od Wielkiego Wybuchu do powstania ZiemiJak cenne jest życie? cz.1  → Jak cenne jest życie? cz.2  → Czy świadomość czyni nas wyjątkowymi?

Przypisy:
[1] A.J. Wróblewski, Historia Fizyki, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN 2006, s. 39.
[2] Tamże, s. 38.
[3] Tamże, s. 36.
[4] Tamże, s. 78.
[5] Tamże, s. 96-104.
[6] Tamże, s. 555.
[7] Tamże, s. 560-562.
[8] M. Tegmark, Nasz matematyczny Wszechświat, Warszawa: Prószyński i S-ka 2014, s. 169-175.
[9] Powrót do przyszłości, „Forum”, 17.05.2010.

Share Button

2 komentarze w “Krótka historia przestrzeni

  1. Dużo faktów, liczb, dat itd., ale co z tego wynika?

    To taki w miarę urozmaicony, ale bardzo skrótowy, opis rozwoju astronomii. Nic nie wnosi.

    Może jako wstęp do większej całości się obroni, ale aktualnie – nie.

    1. Dziękuję za opinię.
      Tak właśnie, to jest wstęp do większej całości.
      Tekst miał na celu pokazanie, jak historycznie człowiek stawał się co raz mniejszą istotą w stosunku do Wszechświata. W kolejnych wpisach rozwinę tę myśl. Zapraszam do ich śledzenia.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *