Od teoretycznych początków aż po najnowsze badania, wyjaśnia, jak odkryto istnienie ciemnej materii i ciemnej energii, w jaki sposób te tajemnicze siły kształtują galaktyki i inne obiekty kosmiczne. Rozdział po rozdziale demaskuje te nieuchwytne koncepty, prowadząc czytelniczki i czytelników przez fascynującą historię odkryć, które zmieniły nasze rozumienie wszechświata. Jednocześnie stawia fundamentalne pytanie, czy kiedyś uda się w pełni je zrozumieć.

 

Pańska książka „Ciemna materia i ciemna energia” opowiada o zjawiskach, które – choć niewidzialne – stanowią aż 95% wszechświata. To oznacza, że cała materia, którą widzimy, gwiazdy, planety, galaktyki, my sami, to zaledwie ułamek kosmicznej rzeczywistości. Jak to możliwe, że przez większość historii nauki nie zdawaliśmy sobie sprawy z istnienia tak ogromnej, ukrytej części wszechświata?

Ani ciemna materia, ani ciemna energia nie należą do znanych nam składników przyrody. Jeśli ciemna materia rzeczywiście istnieje w postaci cząstek (co wcale nie jest pewne), to ma masę jak zwykła materia, ale nie oddziałuje elektromagnetycznie – co oznacza, że nie można jej zobaczyć ani dotknąć. Ciemna energia z kolei to postulowana forma energii, która przyspiesza ekspansję wszechświata. Nie jest zatem widoczna ani namacalna, ale można ją uznać za składnik wszechświata równorzędny materii, ponieważ dzięki Einsteinowi możemy równoważnie traktować masę i energię.

 

Skoro 95% wszechświata wciąż jest dla nas tajemnicą, rodzi się pytanie: jak bardzo możemy ufać naszemu obecnemu modelowi fizyki? Czy to, co dziś uznajemy za fundamentalne prawa rządzące kosmosem, może się okazać jedynie fragmentem większej układanki?

W pewnym sensie wartość 95% może być myląca. Obecne prawa fizyki bardzo dobrze opisują większość zjawisk, których możemy bezpośrednio doświadczać. Ciemna materia to możliwe wyjaśnienie zaskakującego sposobu rotacji galaktyk, a ciemna energia może być przyczyną obserwowanego przyspieszania ekspansji wszechświata. To prawda, że znamy dobrze tylko 5% tego, co istnieje – ale właśnie owo 5% ma dla nas największe znaczenie.

 

Skoro mówimy o ciemnej materii – wiemy, że jej istnienie jest postulowane na podstawie efektów grawitacyjnych, ale do tej pory nie udało się jej bezpośrednio zaobserwować. Jest „niewidzialna”, choć widzimy jej działanie, wpływa bowiem na ruch galaktyk, kształtuje strukturę wszechświata. Jakie eksperymenty przybliżają nas do jej wykrycia i czy myśli Pan, że jesteśmy bliscy przełomu w tej kwestii?

Są dwa sposoby, by dowiedzieć się więcej o ciemnej materii. Pierwszy to poszukiwanie cząstek. Choć nie oddziałują one elektromagnetycznie ze zwykłą materią, to – jeśli istnieją – czasem mogą bezpośrednio zderzyć się z cząstkami materii, co dałoby się zaobserwować. Wiele eksperymentów próbuje uchwycić takie zdarzenia, ale dotąd nie przyniosły one rezultatów. Drugie podejście polega na dokładniejszych obserwacjach galaktyk, zwłaszcza we wczesnym wszechświecie. Nowe dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba sugerują, że efekt, który opisujemy jako ciemną materię, może być raczej wynikiem różnic w sile oddziaływań grawitacyjnych ujawniających się tylko w przypadku dużych ciał niż skutkiem działania cząstek ciemnej materii. Jeśli zbliżamy się do przełomu, może to być odejście od teorii cząstek na rzecz zmodyfikowanej teorii grawitacji.

 

 

Ciemna energia jest jeszcze bardziej enigmatyczna niż ciemna materia. Już sama nazwa jest umowna. To sugeruje, że wiemy o niej naprawdę niewiele. Możemy założyć, że działa w sposób, który wydaje się sprzeczny z intuicją – zamiast przyciągać, powoduje przyspieszającą ekspansję wszechświata. Czy możemy powiedzieć, że to największa zagadka współczesnej fizyki?

Ciemna energia rzeczywiście może być uznana za największą zagadkę kosmologii, dziedziny, która z natury rzeczy jest pełna spekulacji – bo nie możemy przecież przeprowadzać eksperymentów na odległych częściach wszechświata. Dla przykładu: obecnie piszę książkę o multiświatach (multiwersach), a tam niemal każda teoria jest znacznie bardziej spekulatywna niż te dotyczące ciemnej energii. Jeśli chodzi o współczesną fizykę, to za największą zagadkę można uznać pytanie, czy kiedykolwiek znajdziemy „teorię wszystkiego”, która połączy grawitację z pozostałymi siłami występującymi w przyrodzie.

 

Fakt, że 95% wszechświata to ciemna materia i ciemna energia, może budzić ekscytację, ale też niepokój. Skoro tak wielka część rzeczywistości pozostaje dla nas tajemnicą, to czy możemy mówić, że naprawdę rozumiemy wszechświat? A może dopiero zaczynamy dostrzegać, jak mało wiemy?

Myślę, że przez większość historii nauki ludzie świadomi aktualnego stanu wiedzy zdawali sobie sprawę, że istnieją ogromne luki w naszym rozumieniu rzeczywistości. Można powiedzieć, że to, co się zmieniło, to skala opisywanego przez nas wszechświata – a im większa skala, tym więcej pojawia się luk, proporcjonalnie do postępu wiedzy.

 

W swojej książce popularyzuje Pan naukę, czyniąc intrygujące zagadnienia bardziej zrozumiałymi. Czy uważa Pan, że dziś, w dobie fake newsów i teorii spiskowych, rola popularyzatorów nauki jest ważniejsza niż kiedykolwiek? Jak przekonać ludzi do rzetelnej wiedzy naukowej w czasach, gdy pseudonauka zyskuje na popularności?

Mam nadzieję, że czyniąc naukę bardziej dostępną, możemy zachęcić innych do zainteresowania się nią i lepszego zrozumienia, jak powstają i są testowane teorie naukowe. Pozostaje nam mieć nadzieję, że pomoże to ludziom odróżnić prawdziwą naukę od pseudonauki. W razie usłyszenia jakiejś niewiarygodnej teorii naukowej zachęcam, by zadać sobie trzy pytania: jakie są dowody na jej poparcie, skąd pochodzą i jaka jest ich jakość? To może pomóc w weryfikacji tego, co się słyszy. Dużo miejsca poświęcam temu zagadnieniu w mojej nowej książce – „Brainjacking” (jej tytuł można dosłownie rozumieć jako „przejęcie kontroli nad umysłem”).

 

Na zakończenie – gdyby miał Pan zostawić czytelników książki „Ciemna materia i ciemna energia. Tajemnicze 95% wszechświata” z jedną myślą, to jakby ona brzmiała?

Chciałbym zostawić czytelników z myślą, że wciąż mamy ogromne możliwości, by cieszyć się odkrywaniem wszechświata. Bywały czasy, gdy sądzono, że wiemy już prawie wszystko, a pozostało nam tylko dopracowywanie szczegółów i zwiększanie dokładności do kolejnych miejsc po przecinku. Tymczasem wciąż istnieje wiele obszarów pełnych wyzwań. Ciemna materia i ciemna energia to dwa z nich – dają nam okazję do radości z poszukiwania odpowiedzi na te fascynujące zagadki.

 

Rozmowa i opracowanie: Jacek Batóg

Konsultacja merytoryczna i tłumaczenie: dr Tomasz Lanczewski