dlaczego tak jest? dlaczego tak jest? - Sklep
advertisement
Cover_TFWm.qxp 10-07-08 16:14 Page 1 Tajemniczy kosmos Ten wspaniały człowiek Sekrety przyrody Nasza Błękitna Planeta Fascynująca codzienność Cuda nauki i techniki DLACZEGO TAK JEST? Cudowna podróż przez fascynujący świat nauki Zapraszamy do księgarni internetowej www.digest.com.pl oraz do salonu firmowego Reader’s Digest Marynarska Business Park Warszawa, ul. Taśmowa 7 ❄ ❃ DLACZEGO TAK JEST? ODPOWIEDZI NAUKI NA 1000 NAJWAŻNIEJSZYCH PYTAŃ DNIA CODZIENNEGO 001-007 Titelei_Imp_PL 16-06-08 12:16 Page 1 DLACZEGO TAK JEST? ODPOWIEDZI NAUKI NA 1000 NAJWAŻNIEJSZYCH PYTAŃ DNIA CODZIENNEGO 001-007 Titelei_Imp_PL 13-06-08 19:47 Page 2 001-007 Titelei_Imp_PL 16-06-08 12:16 Page 3 DLACZEGO TAK JEST? ODPOWIEDZI NAUKI NA 1000 NAJWAŻNIEJSZYCH PYTAŃ DNIA CODZIENNEGO ❃ Warszawa 2008 001-007 Titelei_Imp_PL 4 16-06-08 12:16 Page 4 Strona redakcyjna 1000 Fragen an die Wissenschaft DLACZEGO TAK JEST? Odpowiedzi nauki na 1000 najważniejszych pytań dnia codziennego © 2007 Reader’s Digest – Deutschland, Schweiz, Österreich Verlag Das Beste GmbH – Stuttgart, Zürich, Wien www.readersdigest.de Text und Autorenkoordination: Wissenschaft aktuell GbR, Hamburg Autoren: Dr. Joachim Czichos, Cornelia Dick-Pfaff, Dr. Rainer Kayser, Jan Oliver Löfken, Dr. Doris Marszk, Dörte Saße, Marita Willemsen Pierwsze polskie wydanie © 2008 Wydawca Reader’s Digest Przegląd Sp. z o.o. ul. Taśmowa 7, 02-677 Warszawa tel. 022 319 32 00, fax 022 319 32 99 www.digest.com.pl Redaktor naczelny Redakcji Książek Jacek Fronczak Producing: red.sign GbR, Stuttgart Redaktion: Olaf Rappold (Projektleitung), Verena Stindl Layout und Satz: Anette Vogt (Projektleitung), Susanne Junker Bildredaktion: Anja Schlatterer (Projektleitung), Michaela Salden Dyrektor artystyczny Maciej Marchewicz Redaktor prowadzący Reader’s Digest Redaktion: Falko Spiller (Projektleitung) Grafik: Peter Waitschies Bildredaktion: Christina Horut Ressort Buch Redaktionsdirektorin: Suzanne Koranyi-Esser Redaktionsleiterin: Dr. Renate Mangold Art Director: Susanne Hauser Elżbieta Meissner Tłumaczenie Eliza Modzelewska, Małgorzata Pindur, Maria Skalska, Ewa Rachańska Konsultacja dr n. med. Magdalena Białkowska, Aleksandra Chabiera, dr Andrzej Czubaj, prof. dr hab. Tomasz Komornicki, Bogusław Lempkowski, dr Zbigniew Loska, dr Piotr Rączka, lek. med. Maria Zasada-Świderek Korekta i indeks Reproduktion: Meyle+Müller GmbH+Co. KG, Pforzheim Dorota Majcher Łamanie i redakcja techniczna Małgorzata Janczak, Tatiana Kwaśniewska Produkcja Janina Dołowa Druk Leo Paper Products LTD. China ISBN 978-83-60530-26-9 Reader’s Digest i znak Pegaza są prawnie zastrzeżonymi znakami The Reader’s Digest Association Inc. Żadna część niniejszej publikacji nie może być w żadnej formie reprodukowana lub przedrukowywana bez pisemnej zgody Reader’s Digest Przegląd Sp. z o.o. US 4374/G–GR 001-007 Titelei_Imp_PL 16-06-08 9:01 Page 5 Wstęp 5 O książce L edwie dziecko nauczy się mówić, a już zaczyna się okres pytań. Dlaczego gwiazdy świecą, dlaczego pada śnieg, dlaczego w zimie nie ma liści?... Potem pytania stają się trudniejsze. Kto wynalazł druk, co jest w brzuchu i po co nam pępek, dlaczego szminka mamy barwi usta? A rodzice, i nie tylko oni, często nie potrafią odpowiedzieć. A przecież pytania te dotyczą naszego świata, najbliższego otoczenia, przyrody i człowieka. Tymczasem uczeni odkrywają i wyjaśniają coraz to nowe zjawiska, powstają nowe urządzenia, błyskawicznie rozwija się technika – zasób wiedzy powiększa się niewyobrażalnie. Czym są nanotechnologie? Dlaczego jajko pęka w mikrofalówce? Co robią i po co są myszy knock-out ? Czasy, kiedy można było objąć umysłem całą wiedzę, minęły dawno i bezpowrotnie; za ostatniego uniwersalnego uczonego, który orientował się w całej wiedzy swojej epoki, uważa się Gotfryda Wilhelma Leibniza. Ale on żył 300 lat temu... Zdobycze nauki nie muszą jednak pozostać dla nas wiedzą tajemną. W fascynującym poznawaniu nowych zjawisk pomoże ta książka. Odpowiada ona na 1000 pytań dotyczących nauki i przedstawia aktualny stan wiedzy w różnych dziedzinach. 001-007 Titelei_Imp_PL 10-07-08 15:49 Page 6 6 Tajemniczy kosmos Czy Wszechświat jest skończony? Ile jest gwiazd na niebie? Fokus: Życie i śmierć gwiazd Nasze Słońce – czym ono jest? Fokus: Kiedy Księżyc przechodzi przed Słońcem? Co się składa na Układ Słoneczny? Planety – podróż przez Układ Słoneczny Co wyróżnia Ziemię i Księżyc? Czy z kosmosu coś nam zagraża? Fokus: Atak z kosmosu Po co nam sztuczne satelity? Czy załogowe loty w kosmos mają sens? Sekrety przyrody 10 18 26 28 34 36 46 48 54 58 60 66 Ten wspaniały człowiek Czy o naszym wyglądzie decydują tylko geny? Co potrafią nasze zmysły? Dlaczego wiele reakcji ciała przebiega w sposób nieświadomy? Co to właściwie znaczy „zdrowy”? Fokus: Ludzkie organy zastępcze Jak mózg wpływa na naszą osobowość? Fokus: Co właściwie oznaczają sny? Czy wszyscy ludzie mają zdolności językowe? Fokus: Pismo – spuścizna ludzkości Co wpływa na nasze uczucia? Człowiek w liczbach 76 88 96 102 110 112 118 120 128 130 138 Jakie strategie przetrwania stosują rośliny? Fokus: Rośliny użytkowe a inżynieria genetyczna Co sprzyja wzrostowi roślin? Jak zimują rośliny i zwierzęta? Fokus: Jak zwierzęta i rośliny żyją w skrajnym środowisku Co to jest ssak? Czym różnią się płazy i gady? Fokus: Ewolucja – teorie i fakty Dlaczego świat podwodny jest tak kolorowy? Skąd zwierzęta czerpią pokarm? Szybciej, wyżej, dalej – rekordy w królestwie zwierząt Dlaczego ptaki są tak wyjątkowe? Jak owady widzą świat? 142 148 154 160 164 166 172 176 178 184 188 190 200 001-007 Titelei_Imp_PL 10-07-08 15:52 Page 7 7 Nasza Błękitna Planeta Co kształtuje pogodę? Jak zmienia się klimat? Fokus: Kiedy klimat zaczyna nam zagrażać Jakie znamy zjawiska pogodowe? Rekordy pogodowe Czy nasza planeta się zmienia? Fokus: Wulkany – fascynujące i groźne Co się kryje pod powierzchnią ziemi? Fokus: Ziemia jest i będzie niespokojna Dlaczego woda wodzie nierówna? Cuda nauki i techniki 210 220 228 230 244 246 252 254 262 264 Fascynująca codzienność Fizyka i chemia – czy są niezbędne w kuchni? Dlaczego ludzie gotują jedzenie? Fokus: Żywność funkcjonalna Dlaczego flagi łopoczą? Czy można zrobić plastik z cukru? Jakie wyzwania techniczne niesie nam codzienność? Fokus: Mieszkać w inteligentnym domu Jaki jest najoszczędniejszy środek transportu? Fokus: Samochód przyszłości Jak elektryczność zmienia nasze życie? Niezwykle ekscytujące – energia elektryczna i jej rekordy 278 288 296 298 306 316 324 326 334 336 Czy wszystko, co ważne, zostało wynalezione w epoce kamienia? Fokus: Kultura – cecha niepowtarzalności człowieka Czy będziemy żyć ponad 100 lat? Fokus: Spojrzenie w głąb ciała Czy komputery będą się dalej rozwijać? Czy chemia i fizyka kryją jeszcze tajemnice? Fokus: Leonardo da Vinci – geniusz wszech czasów Skąd w przyszłości będziemy czerpać energię? Fokus: Synteza jądrowa – nadzieja na przyszłość Czy nowe materiały zrewolucjonizują przemysł? Natura przykładem – bionika nauką Jak wygląda gen? Czym są mikroby? 346 350 352 360 362 368 376 378 384 386 396 398 402 342 Indeks Spis ilustracji 410 416 008-009Aufmacher_Imp_PL 13-06-08 21:29 Page 8 Tajemniczy kosmos 008-009Aufmacher_Imp_PL 16-06-08 7:01 Page 9 Kosmos – niezmierzone światy pełne tajemnic. Sondy kosmiczne poszukują śladów życia na planetach i księżycach. Dzięki coraz większym, coraz bardziej nowoczesnym teleskopom astronomowie odkrywają nowe galaktyki, zgłębiając jednocześnie tajemnice prapoczątków świata. Potężne anteny radiowe nasłuchują sygnałów pozaziemskich cywilizacji. Nasza Ziemia jest tylko drobiną pyłu w bezmiarze Wszechświata – trudno uwierzyć, że już nigdzie poza nią nie istnieje życie. 010_017_K1_1_Univ_Imp_PL 10 16-06-08 7:03 Page 10 Tajemniczy kosmos Czy Wszechświat jest skończony? Większość obserwacji zdaje się przemawiać za hipotezą nieskończoności i otwartości naszego świata. Nie wyklucza to jednak drugiej możliwości, że świat może być także skończony – zamknięty. Ale i w tym wypadku nie miałby brzegu – przestrzeń byłaby zakrzywiona, przypominałby – w dużym uproszczeniu – kulę. Tak jak kula, świat nie miałby brzegu, ale miałby skończoną objętość. Wielka Mgławica w Andromedzie, sąsiadująca z naszą Galaktyką, to prawdziwy gigant. Ta olbrzymia wyspa gwiazd o średnicy 220 tys. lat świetlnych jest dwa razy większa niż Galaktyka – i prawdopodobnie zawiera bilion gwiazd. Jak daleko wzrok sięga w kosmos? ajdalszym obiektem rozpoznawalnym nieuzbrojonym okiem jest Wielka Mgławica w Andromedzie. Jest to galaktyka spiralna, przypominająca Drogę Mleczną – galaktykę, w której żyjemy. Za pomocą największych teleskopów astronomowie mogą dzisiaj rozpoznawać galaktyki odległe nawet o 13 mld lat świetlnych. Tu jednak badacze natrafiają na przeszkodę nie do przekroczenia, każde bowiem spojrzenie w przestrzeń to równocześnie także spojrzenie w przeszłość Wszechświata. Kiedy więc obserwujemy galaktykę oddaloną o 13 mld lat świetlnych, to widzimy ją taką, jak wyglądała 13 mld lat temu. Ale właśnie wtedy dopiero powstawały pierwsze galaktyki. Sprzed tego momentu nie ma żadnych obiektów, które moglibyśmy zobaczyć. N Jak długo trwa rok świetlny? Wbrew nazwie, rok świetlny nie jest jednostką czasu – jest to miara obrana na oznaczanie bardzo dużych odległości w przestrzeni. Rok świetlny to odległość, jaką światło przebiega (w próżni) w ciągu roku. Ponieważ światło porusza się z prędkością ok. 300 tys. kilometrów na sekundę, droga ta wynosi ok. 10 bln kilometrów. Rok świetlny nadaje się zatem znakomicie do określania odległości między gwiazdami. Co oznacza wielkość w przypadku teleskopu? Kiedy mówimy o wielkości teleskopu, nie mamy na myśli jego szerokości i wysokości, lecz średnicę jego obiektywu. Największe teleskopy optyczne na świecie to dzisiaj wyłącznie teleskopy zwierciadlane, w których zakrzywione zwierciadło służy jako obiektyw skupiający światło. 010_017_K1_1_Univ_Imp_PL 16-06-08 7:03 Page 11 Czy Wszechświat jest skończony? 11 Średnica tego właśnie zwierciadła oznacza wielkość teleskopu. Obecnie największymi optycznymi teleskopami na świecie są dwa teleskopy Kecka na Hawajach – mają one dziesięciometrowe zwierciadła. Znacznie większe są anteny będące częściami nowoczesnych radioteleskopów. Tutaj rekordzistą jest radioteleskop zbudowany w Arecibo w Puerto Rico – jego czasza ma średnicę 300 metrów. Jak mierzymy odległości w przestrzeni kosmicznej? Do pomiarów odległości w przestrzeni kosmicznej stosuje się różne metody. Na przykład astronauci z Apolla zostawili na Księżycu reflektor laserowy, za pomocą którego można z dokładnością do jednego centymetra określić odległość srebrnego satelity do Ziemi. Odległość do innych ciał niebieskich w Układzie Słonecznym da się określić np. za pomocą radaru, czyli przez odbicie promieniowania radiowego. W wypadku gwiazd ta metoda nie ma już oczywiście zastosowania. Tutaj astronomowie posługują się przede wszystkim sposobem przypominającym „metodę kciuka” – określają pozycję gwiazdy w odstępie półrocznym, tzn. z przeciwnych stron orbity Ziemi. Dzięki temu zmienia się zarówno kąt patrzenia z Ziemi, jak i położenie Teleskopy Kecka usytuowane są na wysokości 4200 m n.p.m. – na wygasłym wulkanie Mauna Kea na Hawajach. To tutaj, w przejrzystym, czystym powietrzu, z dala od świateł wielkich miast, można bez przeszkód zaglądać głęboko w przestrzeń kosmiczną. gwiazdy na niebie – i to tym bardziej, im bliżej nas jest gwiazda. Na podstawie znanej wielkości orbity Ziemi oraz przesunięcia (zmiany położenia) gwiazdy można wyliczyć jej odległość. Ten sposób, zwany metodą paralaksy, sprawdza się dla odległości do ok. 1000 lat świetlnych. W wypadku obiektów oddalonych jeszcze bardziej, np. galaktyk, astronomowie używają metod pośrednich. Istotną rolę odgrywają przy tym gwiazdy zmienne, zwane cefeidami. Ich jasność zmienia się w charakterystyczny sposób w regularnych odstępach czasowych. Ponieważ wiadomo, że owe okresy są skorelowane ze średnią jasnością absolutną tych gwiazd, można z ich pomiarów wnioskować o rzeczywistej jasności gwiazdy oraz oceniać na tej podstawie odległość do nich. 010_017_K1_1_Univ_Imp_PL 12 16-06-08 7:03 Page 12 Tajemniczy kosmos Jak wielki jest Wszechświat? godnie z dzisiejszym stanem wiedzy Wszechświat powstał ok. 14 mld lat temu. Zasadniczo nie możemy więc odbierać promieniowania, które jest starsze niż 14 mld lat. Inaczej mówiąc: światło docierające do nas z głębi kosmosu nie mogło przebiec drogi większej niż 14 mld lat świetlnych. Nie znaczy to jednak, że ta odległość wyznacza granicę Wszechświata. Przestrzeń kosmiczna może być znacznie rozleglejsza niż obszar, który obserwujemy za pomocą naszych teleskopów – nasz Wszechświat może być nieskończenie wielki. Z Ocenia się, że Wszechświat powstał przed niespełna 14 mld lat w wyniku potężnej eksplozji – Wielkiego Wybuchu (Big Bang). Od tego momentu Wszechświat ekspanduje, czyli rozszerza się. Obecnie jednak nie potrafimy stwierdzić z całą pewnością, czy proces ten będzie przebiegał stale. Czy Wszechświat ma środek? Zaobserwowany fakt, że niemal wszystkie galaktyki się od nas oddalają, początkowo kazał badaczom przypuszczać, że Droga Mleczna leży w centrum Wszechświata. Jednak wniosek ten, choć wydaje się prosty, jest fałszywy. Bo to nie galaktyki się poruszają, lecz przestrzeń między nimi się rozszerza (tak jak powłoka nadmuchiwanego balonu, na której każdy punkt oddala się od każdego, lecz żaden z nich nie jest punktem środkowym powierzchni. Wszechświat nie ma środka, niezależnie od tego, czy jest zamknięty, skończony – czy też otwarty i nieskończony. Czy galaktyki dążą w naszym kierunku? Chociaż Wszechświat ogólnie się rozszerza, to istnieją galaktyki, które biegną w stronę Drogi Mlecznej – jak np. Wielka Mgławica w Andromedzie, która porusza się w naszą stronę z prędkością ok. 300 km/s. Aby zrozumieć tę pozorną sprzeczność, należy rozróżnić dwa zjawiska: z jednej strony, ruch własny galaktyk w przestrzeni kosmicznej, z drugiej, rozszerzanie się Wszechświata. Każdy milion lat świetlnych przestrzeni kosmicznej rozszerza się z prędkością ok. 21,8 km/s, natomiast prędkość ruchu własnego galaktyk wynosi zwykle kilkaset kilometrów na sekundę. Dlatego w wypadku galaktyk bliskich ekspansja nie odgrywa decydującej roli: przeważa ruch własny. Odwrotnie jest w przypadku galaktyk bardzo odległych – tutaj zaniedbywalny jest ruch własny, znaczenie ma natomiast ekspansja Wszechświata. Wskutek rozszerzania się przestrzeni galaktyki dalekie zdają się uciekać od nas, natomiast te bliskie zarówno poruszają się w naszą stronę, jak i od nas oddalają. Czy Wszechświat będzie się wiecznie rozszerzał? Przyjmuje się trzy możliwości dalszych losów Wszechświata. Pierwsza z nich to spowalnianie ekspansji przez siły grawitacji, zatrzymanie ekspansji, a następnie proces odwrotny – kurczenie się. Wszechświat zapadłby się, nastąpiłby Big Crunch – „wielkie chrupnięcie”. Druga możliwość to bardzo powolne, stopniowe, 010_017_K1_1_Univ_Imp_PL 16-06-08 7:04 Page 13 Czy Wszechświat jest skończony? 13 Edwin P. Hubble (1889–1953) w latach 20. XX wieku udowodnił, że poza Drogą Mleczną istnieją jeszcze inne galaktyki. Przeprowadził także niezwykle ważne obserwacje dotyczące ekspansji Wszechświata. długotrwałe spowalnianie – hamowanie procesu rozszerzania się Wszechświata odbywałoby się w nieskończenie długim czasie. Trzecia hipoteza mówi o stopniowym przyspieszaniu ekspansji Wszechświata. Jeszcze przed 15 laty w środowisku badaczy panowało przekonanie o słuszności jednej z dwóch pierwszych hipotez. Tą pewnością zachwiało nieoczekiwane odkrycie – wybuchy gwiazd w bardzo oddalonych galaktykach dowodzą, że rozszerzanie się przestrzeni kosmicznej przyspiesza! Nie wiadomo, dlaczego tak się dzieje. Zakłada się, że czynnikiem pobudzającym ekspansję jest tzw. ciemna energia, wypełniająca przestrzeń kosmiczną. Podobnie jak te galaktyki spiralne, w dalekiej przyszłości zderzą się także nasza Galaktyka i Wielka Mgławica w Andromedzie. Skąd wiemy, że… …Wszechświat się rozszerza? W 1923 roku Vesto Slipher z Lowell Observatory w Arizonie odkrył, że spośród 41 bliskich galaktyk spiralnych 36 oddala się od nas. Jednym z wniosków byłoby, że nasza Galaktyka zajmuje szczególne miejsce w kosmosie – jednakże taka możliwość została odrzucona przez innych badaczy, którzy zapoznali się z wynikami pomiarów Sliphera. Niemiecki astronom Carl Wirtz wysunął hipotezę, że to nie galaktyki się poruszają, tylko przestrzeń kosmiczna rozszerza. Niedługo potem kosmologowi Howardowi Robertsonowi udało się wykazać, że dalej położone galaktyki oddalają się od nas szybciej niż te bliższe – dokładnie tak, jak należało tego oczekiwać w przypadku rozszerzania się przestrzeni. Swoje wnioski Robertson wysnuł z pomiarów Sliphera oraz dalszych, bardzo dokładnych oznaczeń odległości, wykonanych przez Edwina P. Hubble’a. Rok później Hubble potwierdził tę hipotezę dalszymi pomiarami – i to jemu przypadła cała zasługa. Robertson popełnił błąd, publikując swoje wyniki w mało popularnym wśród astronomów czasopiśmie fizycznym, natomiast Hubble opublikował swoje w czasopiśmie astronomicznym. Czy życie ma przyszłość? alsze istnienie życia zależy od kierunku rozwoju Wszechświata. Jeśliby miała nastąpić implozja (Big Crunch) naszego świata, to prawdopodobnie oznaczałoby to także kres wszelkich form życia. Życie prawdopodobnie przestanie istnieć także w świecie, który się stale rozszerza. Przyczyni się do tego przyspieszenie ekspansji Wszechświata, na które wskazują najnowsze badania. Materia będzie ulegać coraz większemu rozrzedzeniu, a energia – rozproszeniu, aż zabraknie jej dla jakiejkolwiek formy życia. Każdy organizm żywy musi pobierać energię, a także odprowadzać ją – a to jest możliwe jedynie wtedy, gdy temperatura otoczenia jest niższa niż temperatura organizmu. Dolna granica temperatury Wszechświata jest jedynie minimalnie wyższa od najniższej możliwej temperatury, czyli od zera bezwzględnego (–273,15 °C). Wystarczy, by kiedyś zadać życiu ostateczny cios. Nie pomoże obniżenie tempa procesów życiowych i procesów myślenia ani pozostawanie w okresowych, coraz dłuższych stanach hibernacji. Niemożność zebrania nowych zasobów materii i energii sprawi, że skończymy jako istoty obracające się w sferze ciągle tych samych myśli, niezdolne gromadzić nowe doświadczenia i wiedzę. Gdyby jednak prawdą okazały się niektóre przewidywania kwantowej teorii grawitacji, nasi potomkowie mogliby wędrować poprzez tunele czasoprzestrzenne do innych wszechświatów i w ten sposób zdobywać potrzebną do życia energię. D 010_017_K1_1_Univ_Imp_PL 14 16-06-08 7:04 Page 14 Tajemniczy kosmos Jak głośny był Wielki Wybuch? ielki Wybuch nie miał charakteru zwykłej eksplozji – wybuchu w określonym miejscu i czasie. Właśnie w tym momencie powstała nie tylko materia i energia – był to także początek przestrzeni i czasu. Nie było miejsca, z którego dałoby się usłyszeć czy zobaczyć Wielki Wybuch. Gdyby istniał jakiś obserwator, musiałby znajdować się w samym centrum eksplozji, co oznaczałoby natychmiastową śmierć – wyparowanie wskutek niewyobrażalnie wysokiej temperatury. Amerykański astrofizyk John Cramer przeprowadził komputerową symulację dźwięku, jaki mógłby podczas Wielkiego Wybuchu rozchodzić się we Wszechświecie. Wynik porównał do huku odrzutowca lecącego 300 m nad domem. Jednak to porównanie jest nieco mylące: by dźwięk Wielkiego Wybuchu był słyszalny, Cramer musiał zwiększyć jego częstotliwość 100 bilionów bilionów razy. Ucho nie mogłoby odebrać dźwięku Wielkiego Wybuchu. W Co było przedtem? Skoro podczas Wielkiego Wybuchu powstała nie tylko materia i energia, ale jednocześnie przestrzeń i czas, to czy pytanie o „czas przedtem” ma sens? Dawniej kwestię tę rozpatrywano raczej z teologicznego punktu widzenia – obecnie problemem tym zajmują się na poważnie kosmologowie i fizycy. Jedna z teorii sugeruje możliwość powstania naszego świata w wyniku zapadnięcia się wcześniejszego uniwersum. Inna twierdzi, że nowe światy powstają z czarnych dziur. Nasz świat byłby zatem wszechświatem niemowlęcym – powstałym z innego kosmosu. Obecnie nie wiadomo, czy tego rodzaju teorie można będzie kiedykolwiek potwierdzić eksperymentalnie. Prawda czy fałsz? Odgłos Wielkiego Wybuchu do dzisiaj słychać w odbiornikach radiowych. Podczas Wielkiego Wybuchu w ułamku sekundy powstały energia i materia oraz przestrzeń i czas. Narodził się Świat... W zwykłym aparacie radiowym nie słychać echa Wielkiego Wybuchu. Kosmiczne promieniowanie tła ma maksimum przy częstotliwości 160 GHz, co odpowiada długości fali 1 mm. Natomiast pasmo UKF to częstotliwość około 100 MHz i długość fali 3 m. Zwykłe anteny radiowe nie nadają się zatem do odbierania promieniowania resztkowego Wielkiego Wybuchu. 010_017_K1_1_Univ_Imp_PL 16-06-08 7:05 Page 15 15 Ile lat ma Wszechświat? Co to jest kosmiczne promieniowanie tła? romieniowanie tła, zwane także resztkowym albo reliktowym, to promieniowanie elektromagnetyczne wypełniające Wszechświat. Przyjmuje się, że jest ono pozostałością (echem) Wielkiego Wybuchu. Powstało, gdy kosmos miał 400 tys. lat. Temperatura w przestrzeni kosmicznej spadła wówczas poniżej 2700 °C – gorąca, początkowo nieprzejrzysta plazma zamieniła się nagle w przezroczysty gaz, w którym swobodnie mogło się rozprzestrzeniać promieniowanie elektromagnetyczne. Temperatura promieniowania tła stale maleje wskutek rozszerzania się Wszechświata: dzisiaj wynosi już tylko kilka stopni powyżej zera absolutnego (–273,15°C). Promieniowanie tła przez cały czas dociera do Ziemi ze wszystkich stron. Na podstawie minimalnych wahań jego temperatury można ocenić, ile lat ma Wszechświat, z czego się składa (jakie zawiera obiekty) i jak przebiegał Wielki Wybuch. P Kosmiczne „siły ciemności” Materia, z której zbudowane są gwiazdy, planety i ludzkie ciało, to drobna część Wszechświata. Badania promieniowania tła wykazują, że kosmos w 22 proc. wypełnia tzw. ciemna materia, w 74 proc. – ciemna energia, a „zwykła” materia stanowi jedynie 4 proc. Ciemna materia utrzymuje galaktyki w całości – gdyby nie jej siła przyciągania, rozpadłyby się one wskutek rotacji. Nie wiemy jednak, z jakich cząstek jest zbudowana. Jeszcze bardziej zagadkowa jest ciemna energia. Można powiedzieć, że jest ona czymś w rodzaju wewnętrznego napięcia w przestrzeni kosmicznej. Przyjmuje się – i potwierdzają to obserwacje – że dzięki niej rozszerzanie się Wszechświata nie tylko nie spowalnia się mimo działania sił grawitacyjnych, lecz nawet przyspiesza. W przyszłości – za ponad 100 mld lat – prędkość ta może być tak wielka, że wszelka materia ulegnie rozerwaniu. ajdokładniejsze, jak dotąd, pomiary kosmicznego promieniowania tła, wykonane przez amerykańskiego satelitę Wilkinson Microwave Anisotropy Map, pozwalają oszacować wiek Wszechświata na 13,7 mld lat. Dla porównania – Ziemia powstała ok. 4,5 mld lat temu. N Na tej panoramie nieba kolory obrazują wahania temperatury promieniowania tła. Czy istnieją jakieś inne światy? ożliwe jest istnienie dowolnej liczby światów. Taką hipotezę wysuwa teoria strun. Jest to stosunkowo nowa teoria fizyczna, będąca próbą całościowego wyjaśnienia – ujęcia w jeden spójny system wszystkich znanych elementarnych sił występujących w przyrodzie. Zgodnie z teorią strun w każdym ze światów miałyby panować inne prawa natury – i większość z tych światów byłaby pozbawiona życia. Kombinacja praw natury umożliwiających życie byłaby czymś wyjątkowym. Jednak niezależnie od tego, jak mało prawdopodobna jest taka kombinacja – w takim wyjątkowym świecie, umożliwiającym powstanie życia, musiałby istnieć także inteligentny obserwator. Według poglądu niektórych naukowców w taki sam sposób da się wyjaśnić fenomen naszego świata: jedynie przypadek – a nie celowość – sprawił, że rządzące nim prawa przyrody umożliwiają życie. M 010_017_K1_1_Univ_Imp_PL 16 16-06-08 7:05 Page 16 Tajemniczy kosmos Kiedy patrzymy przez teleskop w przestrzeń kosmiczną, otwiera się widok na bezmiar gwiazd i galaktyk. Na fotografii poniżej widać m.in. Wielki Obłok Magellana. Czym są galaktyki? wiazdy nie są rozmieszczone w kosmosie równomiernie – tworzą wielkie układy, zwane galaktykami. Galaktyki mogą zawierać do kilkuset miliardów gwiazd. Mają różne kształty i wielkość, wyróżniamy m.in. galaktyki eliptyczne – mogą one osiągać gigantyczne rozmiary, galaktyki spiralne, takie jak nasza Galaktyka, i małe galaktyki nieregularne, np. Wielki i Mały Obłok Magellana. G Co to są supergromady i gromady galaktyk? Galaktyki tworzą większe lub mniejsze grupy i gromady. Na przykład nasza Galaktyka należy do tzw. Grupy Lokalnej, gromady ok. 30 takich układów gwiazd. Inne galaktyki tworzą wielkie, nawet wielotysięczne skupienia, nazywane supergromadami. Na przykład supergromada w gwiazdozbiorze Panny (Virgo), nazywana Supergromadą Virgo lub Supergromadą Lokalną, obejmuje ponad 2000 galaktyk. Ile galaktyk widzimy? W okresie od września 2003 do stycznia 2004 roku teleskop kosmiczny Hubble’a (HST) wykonał kilkaset zdjęć nieba – łączny czas naświetlania wyniósł ponad 270 godzin. Powstały z połączenia tych fotografii obraz o nazwie Głębokie Pole Hubble’a (Hubble Ultra Deep Field, HUDF) jest najdalej sięgającym zdjęciem nieba, jakie wykonano w historii astronomii. Na podstawie liczby galaktyk widzianych na tym obrazie astronomowie oceniają, że współczesna technika umożliwia nam obserwację ok. 50 mld galaktyk. Jak daleko jest do najbliższej galaktyki? Zgodnie z dzisiejszą wiedzą najbliżej nas znajduje się galaktyka karłowata Canis Maior w gwiazdozbiorze Wielkiego Psa, odległa od naszego Układu Słonecznego tylko o 25 tys. lat świetlnych, a od centrum Drogi Mlecznej 42 tys. lat świetlnych. Ten niewielki układ stopniowo rozpada się pod wpływem działania siły grawitacji o wiele większej Galaktyki – gwiazdy są wyszarpywane z galaktyki karłowatej i włączane do Drogi Mlecznej. 010_017_K1_1_Univ_Imp_PL 16-06-08 7:05 Page 17 Czy Wszechświat jest skończony? 17 Czy światło zawsze biegnie po linii prostej? ziałaniu grawitacji podlega także światło. Jeśli promień światła przebiega blisko gwiazdy albo galaktyki, ulega zakrzywieniu – taki obiekt w przestrzeni kosmicznej działa na światło jak soczewka, a zjawisko to nazywamy soczewkowaniem grawitacyjnym (bądź soczewką grawitacyjną). Efekt ten ułatwia prowadzenie pewnych badań w kosmosie. Dzięki niemu można np. obserwować kwazary (patrz obok), znajdujące się za galaktykami (patrząc od naszej strony). Wskutek ugięcia promieni światła przez gromadę galaktyk, obiekty leżące z tyłu są lepiej widoczne – i jakby rozciągnięte w długie łuki. Odchylenie światła prowadzi ponadto do charakterystycznych zmian jasności – jeśli jakaś gwiazda przechodzi przed inną, wtedy jasność gwiazdy z tyłu na krótko silnie zwiększa się wskutek ugięcia promieni świetlnych. Jeśli gwiazda z przodu ma swoją planetę, może nastąpić jeszcze jedno krótkotrwałe rozjaśnienie. Dzięki zjawisku soczewkowania grawitacyjnego odkryto wiele planet przy różnych gwiazdach. D Ten obraz, uzyskany za pomocą teleskopu kosmicznego Hubble’a, ukazuje kwazar odległy od nas o 1,4 mld lat świetlnych. Czym są kwazary? wazary należą do najjaśniejszych obiektów na niebie – wypromieniowują więcej energii niż całe galaktyki. Przez długi czas dociekano, czym są te tajemnicze ciała niebieskie; dzisiaj wiadomo, że kwazary znajdują się w centrach galaktyk i tworzą ich jądra. Źródłem energii są gigantyczne czarne dziury – obiekty, których masa miliardy razy przewyższa masę naszego Słońca. Te grawitacyjne monstra, niby gigantyczne kosmiczne odkurzacze, wciągają materię ze swojego otoczenia – uwalniają się przy tym niewyobrażalne ilości energii. K
