michael brooks „13 protu nesuvokiamu dalykų“

MICHAEL BROOKS

MICHAEL BROOKS

13 protunesuvokiamų

dalykų13 p

rotu nesuvokiamų dalykų

Mūsų laikų mokslo paslaptys

Jei moksle įstringi, tai gali reikšti, kad netrukus padarysi milžinišką šuolį pirmyn. Todėl galima sakyti, kad

nesuprantami dalykai – vieninteliai, tikrai vieninteliai, svarbūs dalykai.

Michael Brooks (Maiklas Bruksas) – kvanti�nės fizikos daktaras, žurnalistas, penkių kny�gų autorius – dirba mokslo populiarinamąjį darbą. Jis yra New Scientist žurnalo mokslinis konsultantas, rašo straipsnius garsiausiems įvairių šalių mokslo žurnalams, skaito pas�kaitas universitetuose.

„�� protu nesuvokiamų dalykų� – intriguojanti ir provokuojan�� protu nesuvokiamų dalykų� – intriguojanti ir provokuojan�ti knyga. M. Brookso interesų ratas neapsiriboja fizika ar tiks�liaisiais mokslais apskritai. Be tokių problemų, kaip tamsioji visatos materija ir tamsioji energija, nežemiškųjų civilizacijų paieškos ar šaltosios branduolių sintezės galimybė, jį domina ir visiškai kitokiose srityse kylantys klausimai – kas yra gyvybė ir kam reikalinga mirtis, kuo nelytinis dauginimasis pranašesnis už lytinį, kaip veikia placebas ir homeopatija. Tikrindamas, ar mūsų laisvoji valia iš tikrųjų tokia jau laisva, autorius ryžtasi iš�mėginti galvos smegenų stimuliavimą ir leidžiasi nukrečiamas elektros šoko norėdamas įsitikinti, ar placebo efektas tikrai eg�zistuoja.

Sudėtingiausius dalykus M. Brooksas aiškina paprastai, įtikina�mai ir šmaikščiai, todėl šioje lengvai skaitomoje knygoje net ir mažai su moksliniais tyrimais susijęs skaitytojas ras iki tol neži�notų faktų ir geriau supras, kas jaudina šių dienų mokslininkus.

ISBN 978 9986 16 976 5

9 789986 169765

MICHAEL BROOKS13 protu

nesuvokiamų dalykų

VILNIUS 2013

Iš anglų kalbos vertė Mikas Vengris


UDK 001.94 Br254

Copyright © Michael Brooks 2008© Mikas Vengris, vertimas į lietuvių kalbą, 2013© Asta Puikienė, viršelio dizainas, 2013© „Tyto alba“, 2013

ISBN 978-9986-16-976-5

Michael BROOKS13 THINGS THAT DON’T MAKE SENSEProfile Books, 2010

Ponui Sumneriui už neišsenkamą įkvėpimą ir žavesį.

Tikiuosi, šia knyga grąžinsiu bent dalį skolos.

Phillippai, Millie ir Zachary už kasdienes paskatas.

Labiausiai kvapą gniaužiantis mokslininko posakis,

lydintis daugumą didžiųjų atradimų,

yra ne „Eureka!“, bet „Keista...“

Isaacas Asimovas

9

Prologas | 11

1 Dingusi visata | 19Iš viso pažįstame vos 4 procentus kosmoso

2 „Pioneer“ anomalija | 55Du erdvėlaiviai paneigia fizikos dėsnius

3 Kintamos konstantos | 67Mūsiškė visatos samprata mušama iš vėžių

4 Šaltoji branduolių sintezė | 81Branduolinė energija be dramatizmo

5 Gyvybė | 96Ar mes tik cheminių medžiagų maišai?

6 „Viking“ | 114NASA mokslininkai Marse rado gyvybės įrodymų. Tačiau paskui apsigalvojo

7 Oho! signalas | 132Gal ateiviai jau skambino?

8 Milžiniškas virusas | 148Ta keistenybė gali perrašyti gyvybės istoriją

9 Mirtis | 164Evoliucijos susinaikinimo problema

10 Seksas | 181Yra ir geresnių būdų daugintis

11 Laisva valia | 200Jūs sprendžiate ne patys

12 Placebo efektas | 216Kas čia ką apgaudinėja?

13 Homeopatija | 237Juk tai akivaizdus absurdas, kodėl ji neišnyksta?Epilogas | 264Padėkos žodis | 275Pastabos ir šaltinių nuorodos | 277Rodyklė | 289

Tur inys

P r o l o g a s

11

Prologas

Stoviu nuostabiame Briuselio „Hotel Metropole“ vestibiuly-je ir stebiu, kaip trys Nobelio premijos laureatai kamuojasi

prie lifto.Liftas tikrai ne toks paprastas – tai atviras grotuotas narvas,

o skridinių sistema atrodo lyg Isambardo Kingdomo Brunelio* pagaminta. Prieš tris dienas pats pirmąsyk į jį patekęs jaučiausi lyg persikėlęs laiku į praeitį. Tačiau man bent jau pavyko pri-versti jį veikti.

Sutrikęs dėl mokslininkų nesėkmės, valandėlei nusisuku ir užsispoksau į neįtikėtiną prabangą aplinkui. „Metropole“ vieš-butis, pastatytas XIX a. pabaigoje; tiesiog juokingai puošnus. Sienas dengia didžiulės marmuro plokštės, lubos išpuoštos įmantriais, bet gražiais auksuotais ir dulsvai žaliais geometri-niais raštais. Žibantys krištoliniai sietynai skleidžia tokią šilu-

* Isambard Kingdom Brunel – XIX a. pirmos pusės britų inžinierius. (Čia ir toliau – vertėjo pastabos.)

1 3 p r o t u n e s u v o k i a m ų d a l y k ų

12

mą, kad po jų šviesa norisi susirangyti ir nusnūsti. Tiesą sakant, raminamos šviesos dega visur. Lauke Bruker aikštėje ir visame mieste siautėja žvarbus ir šaltas vėjas, ir tokią atšiaurią gruodžio dieną įžengęs vidun pro sukamąsias duris jaučiuosi, lyg galėčiau čia stovėti amžinai.

Nobelio premijos laureatai vis dar kamuojasi. Atrodo, daugiau niekas nepastebėjo jų bėdos, ir aš svarstau, ar nederėtų pereiti vestibiulio ir jiems padėti. Pats ilgokai grumdamasis su durimis supratau, kad kažkas jų spynos mechanizme prieštarauja logikai: regis, jis jau turi būti užrakintas, bet iš tikrųjų taip nėra, reikia truktelėti dar sykį. Tačiau man atrodo, kad Nobelio akademijos ženklelius atlapuose segintys žmonės turėtų tai perprasti patys.

Man patinka galvoti, kad mokslininkai viską supranta, gali paaiškinti viską, kas vyksta mūsų pasaulyje, ir yra mūsų visatos valdovai. Tačiau tai galbūt tik raminanti iliuzija. Atsiplėšęs nuo farso, vykstančio lifte, sėsiu į taksi ir išvažiuosiu iš konferenci-jos, kuri, ko gero, pakerėjo labiau už visas kitas. Ne todėl, kad buvo pateikta naujų mokslinių įžvalgų, visiškai priešingai. Jokių įžvalgų nebuvo, atrodė, mokslininkai atsidūrė aklavietėje, todėl jų diskusijos ir buvo tokios įdomios. Moksle visiškai ir galutinai įklimpti gali būti gerai: dažnai tai reiškia, kad kažkas smarkiai keisis. Konferencijoje diskutuota apie stygų teoriją, apie mėgini-mą sujungti kvantinę fiziką su Einsteino reliatyvumo teorija. Ta-čiau šios dvi teorijos nesuderinamos: jas reikia pertvarkyti, kad galėtume tinkamai aprašyti visatą, ir stygų teorija turbūt leidžia tai padaryti geriausiai. O gal ir ne. Tris dienas klausiausi keleto šviesiausių nūdienos protų diskusijų, kaip suderinti reliatyvumą ir kvantinę teoriją. Ir štai jie padarė išvadą, kad praėjo daugiau kaip trys dešimtmečiai, kai sukurta stygų teorija, o mes vis dar trypčiojame vietoje.

P r o l o g a s

13

Visa tai vyko Solvay fizikos konferencijoje, kurios istorija la-bai turtinga. 1911 m. pirmojoje Solvay konferencijoje – pirmojoje pasaulinėje fizikos konferencijoje – delegatai tarėsi, kaip aiškinti ką tik atrastą radioaktyvumą. Šitame pačiame viešbutyje Marie Curie, Hendrikas Lorentzas ir jaunasis Albertas Einsteinas svars-tė, kaip čia yra, kad radioaktyviųjų medžiagų savybės iš pažiūros prieštarauja judesio kiekio ir energijos tvermės dėsniams. Radio-aktyvumas buvo anomalija – jis buvo nesuvokiamas. Jį perprasti padėjo tik vėliau sukurta kvantinė teorija. Tačiau 1927 m. Solvay konferencijoje keista kvantinės teorijos prigimtis jau sukėlė nau-jų problemų, ir Einsteinui, Nielsui Bohrui, Lorentzui, Erwinui Schrödingeriui, Ernestui Rutherfordui ir Johnui von Neumannui teko sėsti aptarti šių naujų fizikos dėsnių, gluminusių ne ką ma-žiau, nei iš pradžių glumino radioaktyvumas.

Tai buvo ypatinga mokslo istorijos akimirka. Kvantinė teo-rija iškėlė naują mintį, kad kai kurie dalykai gamtoje yra visiškai atsitiktiniai ir nutinka be jokios priežasties. Einsteinui su Bohru tai buvo keista, ir juodu, be oficialių diskusijų, visą laiką svars-tė, ką tai reiškia. Tačiau jų filosofiniai požiūriai, kaip aiškinti šią paslaptį, labai skyrėsi. Bohras sakė, kad kai kurie dalykai tiesiog nepaklūsta mokslui, o Einsteinas manė, kad teorija kažkuo klai-dinga, ir būtent šiame viešbutyje ištarė garsiąją frazę: „Dievas nežaidžia kauliukais.“ Bohras atskleidė labiausiai mokslininkus erzinantį dalyką, kad ne jie nustato dėsnius. „Einsteinai, – atsakė jis, – nenurodinėk Dievui, ką jam daryti.“

Nė vienas iš šių vyrų nesulaukė, kol mįslė bus įminta, tiesą sakant, ji neįminta iki šiol. Bet jei patikėsime kai kuriais dvide-šimt trečiosios Solvay konferencijos delegatais, tai Bohras buvo teisus sakydamas, kad mokslas ne visagalis. Pusė joje dalyvavu-sių stygų teorijos specialistų, šviesiausios pasaulio galvos, yra


14

įsitikinę, kad mes niekaip neperprasime visų visatos paslapčių. O galutinės teorijos ieškotojai tiki, kad kokį nors paaiškinimą galime rasti. Tačiau nė nenutuokia, kur jo ieškoti. Kas gi nulėmė tokią ypatingą padėtį? Ogi dar viena anomalija.

Ši anomalija atrasta 1997 m. Iš tolimos supernovos atkelia-vusios šviesos analizė privertė astronomus padaryti sukrečiamą išvadą: visata plečiasi vis greičiau. Atradimas pribloškė kosmo-logus – niekas nežino, kodėl taip yra. Jie tegali pasakyti, kad kaž-kokia mįslinga „tamsioji energija“ sprogdina visatą.

Ši anomalija, iš pažiūros paprastas faktas, parklupdė stygų teoriją ant kelių. Nurėžė viską, ką šios teorijos šalininkai manė pasiekę. Paprastai tariant, jie negali anomalijos paaiškinti ir ne-mažai jų nebenori nė bandyti. Pasak jų, atsakymas paprastas ir guli tiesiai po nosimi: mūsų visata tikriausiai tėra viena iš dau-gybės visatų ir jų visų savybės skirtingos. Tad mėgindami aiš-kintis, kodėl mūsų visatos savybės yra tokios, o ne kitokios, esą tik švaistome laiką.

Netiesa. Ši, kaip ir bet kuri kita, anomalija įkvepia ieškoti toliau. XX a. septintojo dešimtmečio pradžioje rašydamas kny-gą The Structure of Scientific Revolutions („Mokslo revoliucijų struktūra“) Thomas Kuhnas tyrinėjo mokslo istoriją ir ieškojo užuominų apie atradimų prigimtį. Šios paskatino jį sukurti da-bar jau tapusį kliše terminą paradigmų kaita. Iš pradžių moksli-ninkai remiasi vienokiomis idėjomis pasauliui apibūdinti. Viską, ką daro, visus eksperimentinius ir teorinius darbus, jie aiškina ir apibendrina remdamiesi tomis idėjomis. Tačiau atsiranda duo-menų, kurie prie šių idėjų niekaip nepritampa. Iš pradžių į tokius duomenis nekreipiama dėmesio arba jie su panieka atmetami. Tačiau galų gale anomalijų susikaupia tiek, kad nebekreipti į jas dėmesio arba atmesti tampa nebeįmanoma. Tuomet kyla krizė.

P r o l o g a s

15

Po krizės, teigia Kuhnas, įvyksta paradigmos pokytis, ir visi ima į pasaulį žvelgti kitaip. Būtent taip atsirado reliatyvumo samprata, kvantinė teorija bei plokščių tektonikos teorija.

Tamsioji energija kaip tik ir sukėlė tokią krizę. Galima ją ver-tinti pesimistiškai kaip požymį, kad mokslas atsitrenkė į mūro sieną. Bet lygiai taip pat galima manyti, kad ji jaudina ir įkvepia. Kažkas turi atsitikti, lūžis gali įvykti bet kur ir bet kada. O nuo-stabiausia, kad tai ne vienintelė nūdienos anomalija – anaiptol.

Ir net kosmologijoje ji ne vienintelė. Kita kosmologinė prob-lema – tamsioji materija – pirmąkart aptikta XX a. ketvirtajame dešimtmetyje. Būtent taip, kaip rašė Kuhnas, kone keturias-dešimt metų į ją niekas nekreipė dėmesio. Paskui Vašingtono Carnegie instituto astronomė Vera Rubin ją parodė prikišamai ir privertė apsispręsti. XX a. aštunto dešimtmečio pradžioje ji nustatė štai ką: arba galaktikų formos, dydžiai ir sukimasis rodo sutrikusią gravitaciją, arba kosmose yra daug daugiau materijos negu mes matome. Niekas nedrįsta kišti nagų prie Newtono vi-suotinės traukos dėsnio, bet taip pat niekas nežino, kas galėtų būti ta tamsioji materija.

Kartais gyventi ramiau, jei įsivaizduoji, kad mokslas valdo visatą, bet faktai rodo ką kita. Tamsioji materija ir tamsioji ener-gija sudaro 96 procentus visatos. Vos du anomalūs mokslinių stebėjimų rezultatai parodė, kad matome tik nedidelę mūsų vadinamojo kosmoso dalį. Tačiau geroji šio reikalo pusė, kad galbūt jau dabar kosmologai kapstosi iš Kuhno krizės ir atranda visatą iš naujo arba atras supratę, kur paradigmos pokytis turėtų nukreipti.

Kitos keistos anomalijos, kurios gali sukelti perversmą ir ku-rias reikia paaiškinti, yra daug arčiau. Tai placebo efektas: rū-pestingai suplanuoti ir griežtai kontroliuojami bandymai karto-


16

tinai rodo, kad protas veikia organizmo biochemines funkcijas, slopina skausmą ar sukelia neįtikėtinus medicininius poveikius. Tik niekas nėra įsitikinęs, kad placebo efektas – kaip ir tamsio-ji materija – iš tikrųjų egzistuoja. Šaltosios branduolių sintezės eksperimentai, kai metalų atomų branduolių reakcijos saugiai išskiria daugiau energijos negu suvartoja, irgi beveik du dešimt-mečius buvo vertinami nepatikliai, ir tik neseniai JAV Energe-tikos departamentas paskelbė, kad laboratorinių įrodymų visai pakanka, kad būtų skirtos lėšos naujiems eksperimentiniams tyrimams. Problema ta, kad šaltoji branduolių sintezė prieš-tarauja visai dabartinei fizikai – nėra kaip paaiškinti, kodėl ji vyksta, ar bent aiškiai įrodyti, kad vyksta. Bet tirti vis tiek verta: turimi duomenys sako, kad tokie tyrimai padėtų sukurti naują, išsamesnę fizikos teoriją, kuri turėtų milžinišką įtaką daugeliui mokslo aspektų. Negana to, dar yra ir „protingas“ iš tolimojo kosmoso atkeliavęs signalas, kurio jau trisdešimt metų nepa-vyksta paaiškinti, be to, mįsles užminė mūsų laisvos valios pojū-tis, kurį neigia visi moksliniai įrodymai, erdvėlaiviai, kuriuos iš nustatyto kurso stumia kažkokia nežinoma jėga, problema, kuri kyla, kai pasitelkę pažangiausias biologijos teorijas aiškinamės lytinio dauginimosi ir mirties kilmę... ir tai dar ne viskas.

Filosofas Karlas Popperis kartą gal šiurkštokai pasakė, kad „mokslą galima pavadinti menu sistemingai ir pernelyg viską supaprastinti“. Nors tai irgi perdėm supaprastinta, aišku, kad mokslui dar nėra kuo puikuotis. Vieną dalyką mokslininkai, norintys atrodyti visagaliai, paprastai pamiršta. Štai tamsioji energija dažnai vadinama kebliausia fizikos problema. Tai ne-tiesa, nes ji, be abejonės, – didžiausia fizikos galimybė, akstinas išnagrinėti tai, ką pernelyg supaprastiname, ir žengti į naują pa-žinimo lygmenį. Mokslo ateitis priklauso nuo to, ko dabar nesu-

P r o l o g a s

17

prantame; mūsų pastangos paaiškinti anomalijas ir yra mokslo varomoji jėga.

XVI a. iš dangaus kūnų judėjimo anomalijų astronomas Mikalojus Kopernikas suprato, kad Žemė sukasi aplink Saulę, o ne atvirkščiai. XVIII a. aštuntame dešimtmetyje chemikai Antoine’as Lavoisier ir Josephas Priestley’s, remdamiesi ekspe-rimentų rezultatais, prieštaravusiais visoms tų laikų teorijoms, padarė išvadą, jog egzistuoja deguonis. Kelis dešimtmečius dau-gybė žmonių tik stebėjosi, kad rytinio Pietų Amerikos ir vakari-nio Afrikos krantų linijos keistai panašios kaip vienos dėlionės dalys, bet iki pat 1915 m. niekam neatėjo į galvą, kad tai ne vien sutapimas. Alfredo Wegenerio nuovoki įžvalga leido sukurti plokščių tektonikos ir žemynų dreifo teoriją. Kaip tik ši įžvalga geologiją iš atsitiktinių duomenų rankiojimo akimoju paver-tė tikru mokslu, suteikė vienijančią teoriją ir atvėrė tyrimams milijardus Žemės istorijos metų. Charlesas Darwinas panašų žygdarbį atliko biologijoje, sukūręs natūralios atrankos varo-mos evoliucijos teoriją: laikai, kai žmonės tik stebėjosi milžiniš-ka gyvybės įvairove ir negalėjo susieti atskirų jos formų, staiga baigėsi. Ir kalbame ne vien apie eksperimentus ar stebėjimus, esama ir intelektinių anomalijų. Pavyzdžiui, dviejų teorijų nesu-derinamumas paskatino Albertą Einsteiną sukurti revoliucinę reliatyvumo teoriją, kuri visiems laikams pakeitė mūsų požiūrį į erdvę, laiką ir neišmatuojamus visatos tolius.

Nobelio premiją Einsteinas pelnė ne už reliatyvumo teori-ją. Aukščiausią mokslo apdovanojimą jis gavo paaiškinęs kitą anomaliją – keistą šiluminio spinduliavimo prigimtį. Šiluminį spinduliavimą tyręs Maxas Planckas pasiūlė mintį, kad spindu-liuotė gali būti perduodama porcijomis, arba kvantais. Planckui ši kvantų teorija buvo ne ką daugiau kaip matematinė gudrybė,


18

bet Einsteinas atskleidė, kad jos prasmė daug gilesnė. Įkvėptas Plancko darbų, Einsteinas įrodė, kad šviesa yra kvantuota ir kad eksperimentais galima išmatuoti, kiek kvantas turi energijos. Būtent atradimas, kad visatos rūmas pastatytas iš plytų, ir pelnė jam 1922 m. Nobelio fizikos premiją.

Vis dėlto Nobelio fizikos premija nėra atsakymas į visus klausimus – tai aiškiai suprantu pažvelgęs į kitą „Metropole“ viešbučio vestibiulio pusę. Kodėl tie trys vyrai, trys šviesiausi kartos protai, nemato tokio akivaizdaus sprendimo? Nejučia man dingteli, gal ir Einsteinas kankinosi prie šio lifto? Jei ir taip, tai gal grasindamas kumščiu Visagaliui jau būtų pasiprašęs pa-galbos.

Mokslininkams nelengva prisipažinti, kad įklimpo, jie pa-miršta, kad tai pirmas žingsnis nauju ir jaudinamu keliu. Užtat jei save įveikia, jei, užuot išdidžiai tylėję ir nekreipę dėmesio, pa-sitelkia kolegas, kad padėtų spręsti keblų klausimą, kelionę gali tęsti. Jei moksle įstringi, tai gali reikšti, kad netrukus padarysi milžinišką šuolį pirmyn. Todėl galima sakyti, kad nesuprantami dalykai – vieninteliai, tikrai vieninteliai, svarbūs dalykai.

D i n g u s i v i s a t a

19

1

Dingusi v isataIš viso pažįstame vos 4 procentus kosmoso

Aplink mieguistą Flagstafo miestelį Arizonoje gyvenančios indėnų gentys įdomiai aiškina žmogaus kovą už taiką ir

harmoniją. Pagal jų sakmes, sunkumus ir nesusipratimus gyve-nime lemia tam tikra žvaigždžių tvarka – ar veikiau netvarka – danguje. Tie danguje spindintys brangakmeniai turi padė-ti mums ramiai ir patenkintiems gyventi, tačiau kai Pirmoji Moteris jais rašė moralės įstatymus tamsoje, Kojotas netekęs kantrybės išvertė juos iš dubens ir pažėrė po visą dangų. Šis pirmykštis Kojoto nekantrumas sujaukė žvaigždynus danguje ir sukėlė žmogaus būties chaosą.

Astronomai, ištisas naktis stebintys dangų virš Flagstafo, šia sakme gali pasiguosti. Ant kalvos virš miesto įrengtu teleskopu atlikti dangaus – žvaigždynų netvarkos ir jų judėjimo – stebėji-mai smarkiai mus suglumino. XX a. pradžioje Flagstafo Lowellio observatorijos Clarko teleskopu užregistravus žvaigždžių šviesą buvo atlikti pirmieji stebėjimai, atvedę prie vieno iš keisčiausių mokslo atradimų, kad didžiosios visatos dalies tiesiog nėra.


20

Jei mokslo ateitis priklauso nuo nesuprantamų dalykų, tai kosmosas tikrai turi ką pasiūlyti. Mes trokštame žinoti, iš ko sudaryta visata ir kaip ji veikia: kitaip tariant, kokios ją sudaro dalelės ir kaip jos sąveikauja. Kaip tik tai ir yra „galutinės teori-jos“, apie kurią svajoja fizikai, esmė; tai glaustas apibendrinimas, kas yra kosmosas ir kokios taisykės ten veikia. Kartais iš laik-raščių, žurnalų, televizijos reportažų atrodo, kad tą beveik žino-me. Tačiau nežinome. Tą galutinę teoriją atrasti bus sunku, kol nesuvoksime, kad didžioji dalis dalelių ir jėgų, kurias norime paaiškinti šia teorija, mokslui nežinoma. Mums ir taip pasisekė, kad gyvename kosmologijos aukso amžiuje, mes labai daug ži-nome apie tai, kaip kosmosas atsirado ir kaip kito, kol tapo toks kaip dabar, ir vis dėlto nė nenumanome, kas yra didžioji jo dalis. Mums trūksta beveik visos visatos – 96 procentų, jei jau turėtu-me būti tikslūs.

Žvaigždės tolimų galaktikų pakraščiuose, atrodo, juda valdo-mos nematomų rankų, laikančių jas vienoje vietoje ir neleidžian-čių nuskrieti į tuščią erdvę. Pačiais tiksliausiais apskaičiavimais tų nematomų valdančių „rankų“ substancija, mokslininkų va-dinama tamsiąja materija, sudaro beveik ketvirtį visos kosmose esančios masės. Tačiau tamsioji materija – tik pavadinimas. Mes nė neįsivaizduojame, kas ji.

O dar yra ir tamsioji energija. Įrodęs, kad masė ir energija – tai dvi to paties medalio pusės ir vieną galima paversti kita pa-gal formulę E = mc2, Albertas Einsteinas, pats to nežinodamas, atskleidė, kaip dabar visi pripažįsta, labiausiai gluminančią fi-zikos problemą. Tamsiąja energija mokslininkai vadina nema-tomą galią, verčiančią visatos audinį vis greičiau plėstis ir tarp galaktikų kurti vis daugiau erdvės. Pritaikę Einsteino formulę, paverčiame šią energiją mase ir matome, kad tamsioji ener-


21

gija sudaro net 70 procentų kosmose esančios masės (pagal Einsteiną, turėtume vadinti ją mase-energija). Niekas nežino, iš kur ši energija atsirado, kas ji yra, ar ji ir toliau be paliovos greitins visatos plėtimąsi, ar galų gale išseks. Apie pagrindines sudedamąsias visatos dalis, regis, niekas nieko tiksliai nežino. Pažįstamas atomų – iš kurių sudaryti ir mes, – pasaulis sudaro tik mažą kosmoso masės ir energijos dalį. Likusi dalis yra gal-vosūkis, kurį reikia išspręsti.

Kaip pakliuvome į tokią padėtį? Viskas prasidėjo tuo, kad vie-ną žmogų apsėdo mintis apie gyvybę Marse. 1894 m. Perciva-lis Lowellis, turtingas Masačusetso pramonininkas, įsikalė sau į galvą, kad raudonojoje planetoje gyvuoja ateivių civilizacija. Ne-paisydamas negailestingų daugelio to meto astronomų patyčių, Lowellis nusprendė surasti neginčijamų astronominių įrodymų pagrįsti savo įsitikinimui. Išsiuntinėjo žvalgus į įvairias Jungti-nių Valstijų vietas ir galų gale nusprendė, kad giedras Arizonos dangus virš Flagstafo puikiai tiks jo tikslui. Po kelerių metų ste-bėjimų mažais teleskopais Lowellis iš vieno gamintojo Bostone nusipirko milžinišką (tais laikais) 24 colių refraktorių ir Santa Fe geležinkeliu atsigabeno į Flagstafą.

Taip prasidėjo didžiosios astronomijos era. Clarko telesko-pas Lowelliui kainavo dvidešimt tūkstančių dolerių, jis įtaisytas nuostabiame kupole pušimis apaugusios Marso kalvos, pava-dintos didžiosios Lowellio aistros garbei, viršūnėje, į kurią veda status vingiuotas takas. Teleskopas jau užsitikrino garbingą vietą istorijoje. XX a. septintame dešimtmetyje „Apollo“ astronautai per jį pirmąkart deramai apžiūrėjo tas Mėnulio vietas, kur ke-tino nutūpti. O dar prieš kelis dešimtmečius uolus ir santūrus


22

jaunuolis Vesto Melvinas Slipheris šiuo teleskopu padėjo šiuo-laikinės kosmologijos pagrindus.

Slipheris gimė 1875 m. Indianos fermerio šeimoje. 1901 m., gavęs mechanikos ir astronomijos specialybės diplomą, atvyko į Flagstafą ir tapo Percivalio Lowellio asistentu. Lowellis priėmė Slipherį trumpam terminuotam laikotarpiui ir įdarbino neno-riai, tik darydamas paslaugą vienam iš savo buvusių dėstytojų. Tačiau reikalai susiklostė kitaip, nei planavo Lowellis. Slipheris pasitraukė tik po penkiasdešimt trejų metų – į pensiją jis išėjo iš observatorijos direktoriaus pareigų.

Slipheris suprato savo viršininko aistrą, tačiau ne itin do-mėjosi Marso civilizacijos paieškomis. Jam labiau rūpėjo, kaip visatoje juda negyvi dujų ir dulkių kamuoliai – žvaigždės ir planetos. Viena iš didžiausių mįslių, kurias to meto astronomai stengėsi įminti, buvo spiralinių ūkų prigimtis. Vieni manė, kad naktiniame danguje taip blyškiai švyti didžiuliai žvaigždžių spiečiai – „visatos-salos“, kaip jas pavadino filosofas Immanuelis Kantas. Kitiems atrodė, kad tai tiesiog tolimos planetų sistemos. Beveik ironiška, kad ieškodamas atsakymo į šį klausimą, Slip-heris privertė mus sunerimti ne dėl to, ką matome, o dėl to, ko nematome.

1917 m. Albertas Einsteinas baigė savo veikalą apie tai, kaip el-giasi visata, ir jam prireikė vieno tyrimais pagrįsto fakto, kad galėtų viską galutinai sudėti į vietas. Klausimas, kurį jis uždavė pasaulio astronomams, buvo toks: ar visata plečiasi, traukiasi ar jos dydis nekinta.

Einsteino lygtys leido aprašyti, kaip erdvėlaikis (erdvės ir lai-ko dimensijos, kartu sudarančios visatos audinį) evoliucionuoja


23

priklausomai nuo masės ir energijos. Pagal pirmines jo lygtis gravitacijos veikiama visata turėjo arba plėstis, arba trauktis. Jei visatos dydis būtų nekintamas, Einsteinas būtų turėjęs įtraukti dar vieną narį – antigravitaciją, arba stūmą, atsveriančią gravi-tacinę trauką. Jam nesinorėjo to daryti: buvo aišku, kad masė ir energija sukuria gravitacinę trauką, bet akivaizdžios priežasties, kodėl turėtų būti ir antigravitacija, jis nematė.

Einsteino nelaimei, tuo laikotarpiu astronomai laikėsi susi-tarimo, kad visatos dydis nekinta. Taigi, neramia širdimi jis įra-šė antigravitacijos narį, kad visata nesiplėstų ir nesitrauktų. Tai vadinamoji kosmologinė konstanta (ji svarbi kalbant apie kos-mologinius mastelius, bet ne apie įprastus mūsų Saulės sistemos reiškinius); šią konstantą jis įvedė labai atsiprašinėdamas. Pasak Einsteino, ji „nepagrįsta turimomis žiniomis apie gravitaciją“. Jos reikėjo, kad lygtys atitiktų duomenis. Gaila, kad tada niekas neatkreipė dėmesio į Vesto Slipherio rezultatus.

Slipheris Clarko teleskopu matavo, ar ūkai juda Žemės at-žvilgiu. Tam jis pasinaudojo spektrografu, instrumentu, kuris teleskopo surinktą šviesą išskaido sudedamosiomis spalvomis. Stebėdamas spiralinių ūkų šviesą Slipheris suprato, kad skirtin-gos jų šviesos spalvos kis priklausomai nuo to, ar ūkas artėja, ar tolsta nuo Žemės. Mat dažnį, arba spinduliuotės bangų skaičių per sekundę, mes suvokiame kaip tam tikrą spalvą. Išvydę vai-vorykštę iš tikrųjų stebime skirtingų dažnių spinduliuotę. Vio-letinė spalva yra didesnio dažnio spinduliuotė, o raudona – ma-žesnio; kitų spalvų dažniai tarpiniai.

Jei nagrinėdami dažnius atsižvelgsite į šviečiančio objekto judėjimą, gausite vadinamąjį Dopplerio efektą: atrodo, spindu-liuotės dažnis keičiasi panašiai taip, kaip greitosios pagalbos si-renos tonas, kai mašina pralekia pro mus gatve. Jei vaivorykštė


24

judėtų prie jūsų labai greitai, visos spalvos pasislinktų prie mė-lynojo spektro krašto; kas sekundę jus pasiekiantį bangų skai-čių padidintų vaivorykštės artėjimas. Tai vadinama mėlynuo-ju poslinkiu. Jei vaivorykštė lėktų tolyn nuo jūsų, per sekundę ateinančių bangų skaičius sumažėtų, ir spinduliuotės dažnis pasislinktų prie raudonojo spektro krašto – tai raudonasis po-slinkis.

Lygiai taip pat ir su šviesa, sklindančia iš tolimų ūkų. Jei ūkas juda Slipherio teleskopo link, jo šviesa bus pasislinkusi į mėly-nąją pusę. Ūkų, lekiančių tolyn nuo Žemės, šviesa bus raudones-nė. Dažnio poslinkio dydis leis apskaičiuoti greitį.

1912 m. Slipheris turėjo keturias spektrogramas. Tris su rau-donuoju poslinkiu ir vieną – Andromedos – su mėlynuoju. Per kitus dvejus metus Slipheris išmatavo dar dvylikos galaktikų ju-dėjimą. Visų spektrai, išskyrus vieną, rodė raudonąjį poslinkį. Tokie rezultatai pribloškė, tiesiog apstulbino: 1914 m. rugpjūtį jis pristatė juos Amerikos astronomijos draugijos konferencijoje ir dalyviai jam plojo net atsistoję.

Slipheris yra vienas iš neapdainuotų astronomijos didvyrių. Remiantis jo biografija, kurią pateikia JAV Nacionalinė mokslų akademija, jis „fundamentalių atradimų tikriausiai padarė dau-giau už bet kurį kitą dvidešimto amžiaus astronomą stebėtoją“. Vis dėlto už visus nuopelnus jis sulaukė menko pripažinimo ir yra minimas tik dviejuose žemėlapiuose: Mėnulio ir Marso. Ten, danguje, jo vardu pavadinti du krateriai.

Slipheris taip šykščiai pripažįstamas todėl, kad nesisten-gė plačiai viešinti savo atradimų. Kartais paskelbdavo glaustą straipsnį apie atradimus, kartais aprašydavo juos laiškuose ki-tiems astronomams. Anot biografijos, Slipheris buvo „santūrus, uždaras, atsargus žmogus, vengė viešumo ir net retai dalyvau-


25

davo astronomijos konferencijose“. Atrodo, kad pasirodydamas 1914 m. rugpjūčio konferencijoje nukrypo nuo savo įpročių. Ta-čiau būtent ten amerikiečių astronomas Edwinas Powellis Hub-ble’is pradėjo savo šlovės kelią.

Apie tai kandžią pastabą išsakė Kembridžo universiteto kos-mologas Stephenas Hawkingas knygoje The Universe in a Nutshell („Visata riešuto kevale“). Lygindamas Slipherio ir Hubble’io veiklos chronologiją ir paminėjęs, kad Hubble’iui 1929 m. buvo priskirtas atradimas, kad visata plečiasi, Hawkingas nurodo, kada Slipheris pristatė savo rezultatus pirmą kartą. Pasak jo, tą 1914 m. rugpjūtį, kai Amerikos astronomijos draugijos konfe-rencijoje auditorija atsistojusi plojo Slipherio atradimams, „pra-nešimo klausėsi ir Hubble’is“.

Taigi, 1917 m., kai Einsteinas klausinėjo astronomų nuo-monės apie visatą, Slipherio spektrometriniai stebėjimai rodė, kad iš dvidešimt penkių ūkų dvidešimt vienas lekia tolyn nuo Žemės ir tik keturi artėja. Visi judėjo stulbinamu vidutiniškai daugiau kaip dviejų milijonų kilometrų per valandą greičiu. Tai buvo sukrečiama, nes dauguma žvaigždžių danguje taip nesi-elgė, be to, tada manyta, kad Paukščių Takas ir yra visa visata, o žvaigždės Žemės atžvilgiu beveik nejuda. Slipheris sugriovė šį požiūrį įrodęs, kad mūsų visata plečiasi kaip išsprogdinta. Ūkai, manė jis, tai „žvaigždžių sistemos, matomos iš labai toli“. Ir netyčia atrado, kad kosmose pabirę miriadai galaktikų, ku-rios visos lekia tolyn.

Jo greičių matavimai buvo paskelbti žurnale Proceedings of the American Philosophical Society, bet niekas į juos neatsižvel-gė, o Slipheris nebuvo toks įžūlus, kad trokštų atkreipti dėme-sį į savo darbus. Tačiau Hubble’is akivaizdžiai jų neužmiršo. Jis paprašė Slipherio tų duomenų, neva kad įtrauktų į knygą apie


26

reliatyvumą, ir 1922 m. Slipheris nusiuntė jam ūkų greičių lente-lę. 1929 m. Hubble’is pridėjo Slipherio rezultatus prie kelių kitų astronomų (ir savo) duomenų ir padarė nepaprastą išvadą.

Jei nubraižysite, kaip tolstančių galaktikų greičiai priklau-so nuo atstumo iki Žemės, pamatysite, kad kuo toliau galak-tika, tuo greičiau juda. Jei viena tolstanti galaktika nuo Žemės yra dvigubai toliau už kitą, tai ir juda dvigubai greičiau. Jeigu ji skrieja tris kartus toliau, tai ir jos greitis tris kartus didesnis. Hubble’is rado vienintelį galimą paaiškinimą. Galaktikos – kaip popieriniai skrituliukai, priklijuoti prie baliono: jei balioną iš-pūsite, skrituliukai nepadidės, bet vienas nuo kito nutols. Didėja erdvė tarp galaktikų. Hubble’is atrado, kad visata plečiasi.

Tai buvo svaigi akimirka. Paaiškėjus, kad visata plečiasi, kos-mologai staiga prisiminė XX a. trečiame dešimtmetyje iškeltą Didžiojo Sprogimo idėją. Jei visata plečiasi, tai kadaise ji buvo mažesnė ir tankesnė, ir astronomai pradėjo svarstyti, kokios bū-senos kosmosas atsirado. Vesto Slipherio darbai atskleidė pir-muosius pirmapradės mūsų kilmės įrodymus. O tie įrodymai galiausiai padės mums suvokti, kad didžioji mūsų visatos dalis yra visiška mįslė.

Norėdami suprasti, kaip paaiškėjo, kad apie didelę kosmoso dalį visai nieko nežinome, pririškite svarmenį prie ilgos virvutės. Išvyniokite virvutę ir įsukite svarmenį ratu. Ilgos virvutės gale pririštas svarmuo juda gana lėtai – galite jį stebėti, ir jums neap-sisuks galva. Dabar sutrumpinkite virvutę, kad svarmuo suktųsi maža orbita jums aplink galvą. Kad jis suktųsi ore, nenukristų ir jūsų nepasmaugtų, turėsite sukti daug greičiau, todėl vargiai jį įžiūrėsite.

MICHAEL BROOKS

MICHAEL BROOKS

13 protunesuvokiamų

dalykų

13 protu nesuvokiam

ų dalykų


Jei moksle įstringi, tai gali reikšti, kad netrukus padarysi milžinišką šuolį pirmyn. Todėl galima sakyti, kad

nesuprantami dalykai – vieninteliai, tikrai vieninteliai, svarbūs dalykai.

Michael Brooks (Maiklas Bruksas) – kvanti�nės fizikos daktaras, žurnalistas, penkių kny�gų autorius – dirba mokslo populiarinamąjį darbą. Jis yra New Scientist žurnalo mokslinis konsultantas, rašo straipsnius garsiausiems įvairių šalių mokslo žurnalams, skaito pas�kaitas universitetuose.

„�� protu nesuvokiamų dalykų� – intriguojanti ir provokuojan�� protu nesuvokiamų dalykų� – intriguojanti ir provokuojan�ti knyga. M. Brookso interesų ratas neapsiriboja fizika ar tiks�liaisiais mokslais apskritai. Be tokių problemų, kaip tamsioji visatos materija ir tamsioji energija, nežemiškųjų civilizacijų paieškos ar šaltosios branduolių sintezės galimybė, jį domina ir visiškai kitokiose srityse kylantys klausimai – kas yra gyvybė ir kam reikalinga mirtis, kuo nelytinis dauginimasis pranašesnis už lytinį, kaip veikia placebas ir homeopatija. Tikrindamas, ar mūsų laisvoji valia iš tikrųjų tokia jau laisva, autorius ryžtasi iš�mėginti galvos smegenų stimuliavimą ir leidžiasi nukrečiamas elektros šoko norėdamas įsitikinti, ar placebo efektas tikrai eg�zistuoja.

Sudėtingiausius dalykus M. Brooksas aiškina paprastai, įtikina�mai ir šmaikščiai, todėl šioje lengvai skaitomoje knygoje net ir mažai su moksliniais tyrimais susijęs skaitytojas ras iki tol neži�notų faktų ir geriau supras, kas jaudina šių dienų mokslininkus.

ISBN 978 9986 16 976 5

9 789986 169765

michael brooks „13 protu nesuvokiamu dalykų“

Documents