© Copyright by Copernicus Center Press, 2020
© 2016 Sperling & Kupfer Editori S.p.A.

Tłumaczenie książki zostało sfinansowane przez SEPS
SEGRETARIATO EUROPEO PER LE PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE

Via Val d’Aposa 7 – 40123 Bologna – Italy
seps@seps.it – www.seps.it

Tytuł oryginalny
Il grande spettacolo del cielo

Adiustacja i korekta
Dariusz Niezgoda

Projekt okładki
Michał Duława

Grafika na okładce
© Malachi Jacobs | Shutterstock.com
© Zvereva Yana | Shutterstock.com

Skład
Artur Figarski

ISBN 978-83-7886-492-9

Wydanie I

Kraków 2020

Copernicus Center Press Sp. z o.o.
pl. Szczepański 8, 31-011 Kraków
tel. (+48) 12 448 14 12, 500 839 467
e-mail: marketing@ccpress.pl
Księgarnia internetowa: http://ccpress.pl

Konwersja: eLitera s.c.

Moim rodzicom,

którzy od małego uczyli mnie

cieszyć się zapachem lasu

i podziwiać kształt Księżyca

WPROWADZENIE

Rozgrywające się co noc widowisko niebieskie łączy ze sobą istoty ludzkie z każdego zakątka Ziemi, z każdej kultury i tradycji, z każdego pokolenia: od czasów prehistorycznych aż po dzień dzisiejszy. O jakim innym zjawisku możemy powiedzieć to samo? Obraz gwiaździstego sklepienia budzi w nas coś pierwotnego, wywołuje głębokie doznanie łączące w sobie fascynację i zawrót głowy, naukową ciekawość i artystyczną inspirację, geometryczną wizję i uczucia religijne. Właściwie dla nas, dzieci nowoczesności, kontemplacja nieba w ciemną i przejrzystą noc stała się rzadkim, żeby nie powiedzieć niemożliwym, doświadczeniem: nadmiar światła i zanieczyszczenie atmosfery, a w jeszcze większym stopniu nasz styl życia, odzwyczaiły nas od patrzenia w gwiazdy, pozbawiając nas tym samym prostej i sugestywnej kontemplacji ogromu wszechświata. Jesteśmy właściwie pierwszym z tysięcy pokoleń, które nie przeżywa już codziennego spotkania z niebem, od zawsze dominującym nad nami i otulającym całą ludzką egzystencję.

Z drugiej strony, dzięki postępowi nauki w ostatnich dziesięcioleciach nasze rozumienie budowy i ewolucji wszechświata osiągnęło zaskakujący poziom, stawiając przed nami jednocześnie zupełnie nowe i coraz poważniejsze pytania. Wyniki serii niedawnych obserwacji, rozpatrywane w kontekście ogólnej teorii względności, ukazują nam spójny obraz liczącego 13,8 miliarda lat kosmosu, rozszerzającego się w postępującym tempie, o geometrii euklidesowej, w 95% zbudowanego z zupełnie nam nieznanych form materii i energii. To, co już rozumiemy, jakkolwiek istotne, stanowi wciąż niewielki wycinek wiedzy: przed nami jeszcze długa droga. Może więc okazać się przydatne zatrzymanie się na chwilę i zastanowienie się, jak dotarliśmy do tego punktu? Jakimi drogami podążały obserwacje i myśli wcześniejszych pokoleń, obejmujące coraz szersze i głębsze wymiary fizycznego świata? Jak zmieniał się obraz kosmosu w różnych, poprzedzających naszą, epokach?

My, ludzie nowocześni, jesteśmy ofiarami pewnej lekkiej formy arogancji i mamy tendencję do mierzenia idei z przeszłości miarą naszej obecnej wiedzy, co niesie ze sobą ryzyko tworzenia narracji powierzchownej i pełnej stereotypów. Jednak ci, którzy przed nami zaczęli swoją przygodę z poznawaniem natury kosmosu, musieli pokonać ogromne przeszkody wyobrażeniowe, dla nas wręcz trudne do pojęcia. Były one znacznie większe niż te, które my zazwyczaj napotykamy na naszej drodze. Musimy zdać sobie sprawę, że bagatelizowanie trudności dawnych pokoleń w zrozumieniu, dlaczego na antypodach ludzie mogą żyć „do góry nogami”, czy też oporów, jakie wzbudzało w nich twierdzenie, że Ziemia naprawdę obraca się wokół własnej osi i przemieszcza się w przestrzeni, to jak wyśmiewanie dziecka, które chwieje się, gdy próbuje stawiać swoje pierwsze kroki.

Podczas podróży, w którą zaraz wyruszymy, poznamy pewne koncepcje wszechświata, wypracowane przez człowieka w ciągu stuleci, od zarania dziejów aż po współczesność. Każdy rozdział jest niczym oddzielny pokój, do którego Czytelnik może wejść i spróbować poczuć się częścią rozgrywających się w nim wydarzeń. Nasze podejście nie będzie opierać się na tłumaczeniu z góry naszej wiedzy, przedstawianiu tego, co w danej epoce rozumiano lub czego nie rozumiano z tego, „jak naprawdę się rzeczy mają”. Postaramy się raczej przeżyć tę przygodę od środka – spróbujemy przyjąć spojrzenie i sposób rozumowania niektórych bohaterów, tak, aby choć częściowo mieć udział w pytaniach nasuwających się im, kiedy wznosili oczy ku niebu. Wtedy zdamy sobie sprawę, że nie ma nic banalnego czy oczywistego w żadnym z pojedynczych kroków, które stawiali oni w drodze do coraz pełniejszej znajomości świata fizycznego, począwszy nawet od tych najbardziej podstawowych.

W pierwszym rozdziale zostaniemy zaproszeni do przyjęcia perspektywy pierwszych ludzi wpatrujących się w niezliczone gwiazdy podczas długich nocy prehistorii. Wkroczymy potem do świata Greków i razem z nimi przeżyjemy odkrycie cudownego podobieństwa pomiędzy ruchami ciał niebieskich a strukturami geometrycznymi, między rzeczywistością i myślą. Następnie, prowadzeni przez Dantego, w trzecim rozdziale odkryjemy kosmos średniowieczny: zachwycającą i mało znaną rzeczywistość, w której zaskoczy nas geometria Dantejskiego wszechświata, zapowiadającego w cudowny sposób koncepcje, które ponownie pojawią się dopiero sześć wieków później. Tak zwany przewrót kopernikański, jeden z najtrudniejszych i najbardziej fascynujących momentów historii ludzkiej myśli, będzie natomiast miejscem spotkania z niezwykłymi postaciami, bardzo od siebie różnymi, jak Mikołaj Kopernik, Tycho Brahe, Johannes Kepler czy Galileusz; to oni doprowadzą nas, w czwartym rozdziale, do momentu rozpadu starej wizji kosmosu, w czasach gdy na horyzoncie zarysowywała się już struktura innego wszechświata.

Aż do tego momentu kosmiczny porządek pojmowany był fragmentarycznie, ujawniał się tylko w niektórych zjawiskach, astronomicznych albo ziemskich. To dopiero Isaac Newton, geniusz w najczystszej postaci, wskaże nowy punkt, z którego nie będzie już odwrotu: wszystkie ciała niebieskie – nie tylko planety, ale także tajemnicze komety – podobnie jak każdy kamień na Ziemi i każda cząsteczka w nieskończonym wszechświecie, poddane są tym samym powszechnym prawom, jednakowym dla wszystkich. Dalszy rozwój wydarzeń, opisany w szóstym rozdziale, doprowadzi nas do kolejnego, nieoczekiwanego poszerzenia horyzontu. Pomiędzy końcem XVIII i początkiem XX wieku, od Williama Herschela do Edwina Hubble’a, następujące po sobie heroiczne obserwacje i nagłe zwroty akcji rozedrą zasłonę Drogi Mlecznej i wystrzelą nas w nieskończone królestwo galaktyk. Następnie, w siódmym rozdziale, Albert Einstein nauczy nas myśleć o przestrzeni, czasie i grawitacji w zupełnie nowy sposób, kładąc w ten sposób podwaliny pod nową koncepcję świata fizycznego. Jednak to nie on pierwszy pojmie dogłębnie kosmologiczny zasięg swojej teorii, ale inne postaci, znacznie mniej obecne w świadomości zbiorowej, wśród nich niejaki Georges Lemaître. Wreszcie, w ostatnim rozdziale, poznamy współczesną wizję kosmosu, zapoczątkowaną tym, co można uznać za jedno z najważniejszych wydarzeń w historii nowoczesnej nauki: odkryciem mikrofalowego promieniowania tła, które umożliwiło nam bezpośredni wgląd w pierwotny kształt wszechświata i sprawiło, że w ostatnich pięćdziesięciu latach rozwój naszej umiejętności czytania i rozumienia jego budowy znacznie przyśpieszył.

Porządek naszego wywodu jest, zasadniczo, chronologiczny. Jednak niekiedy, aby prześledzić bieg idei, która przechodziła z pokolenia na pokolenie, wolałem poświęcić ścisłą kolejność zdarzeń na rzecz większej linearności rozwoju myśli. Zdaję sobie sprawę, że w tych przypadkach zmuszam Czytelnika do poświęcenia tekstowi nieco większej uwagi. W celu ułatwienia lektury przypisy zostały ograniczone do minimum: podane są jedynie źródła bezpośrednich cytatów. Natomiast książki i artykuły, do których odwołuję się w poszczególnych rozdziałach, umieszczone zostały w bibliografii końcowej. W niektórych miejscach, porwany biegiem zdarzeń, pozwoliłem sobie przedstawić moje wyobrażenie pewnych sytuacji czy wymian zdań z udziałem naszych bohaterów, niczym w filmowej ekranizacji: jestem jednak przekonany, że fikcjonalizm tych fragmentów jest oczywisty na tle szerszego kontekstu.

Jedna rzecz jest pewna: nie jest to książka z dziedziny historii kosmologii. Mamy do czynienia raczej ze swobodną opowieścią, która nie rości sobie praw do wyczerpania tematu, ani jeśli chodzi o jego zakres, ani o szczegółowość. Przede wszystkim ogranicza się jedynie do kosmologii zachodniej, mającej swoje korzenie w cywilizacji śródziemnomorskiej, i pomija zupełnie inne, niezmiernie przecież bogate tradycje, jak chińska czy indyjska. Ale nawet w obrębie opisywanej linii historycznej, ze względu na ograniczoną ilość miejsca, byłem zmuszony dokonywać wyborów, więc całe obszary myśli kosmologicznej zostały pominięte. Na przykład nie opisano nurtów atomistycznych czy stoickiego greckiej filozofii, ani też wielkich osiągnięć średniowiecznej nauki arabskiej; nie przedstawiono losów poszczególnych kluczowych postaci, które zasługiwałyby na bliższe poznanie, jak bohaterski Jan Filopon, tragiczny Giordano Bruno czy porywający Matteo Ricci; a w bliższych nam czasach niezwykle ważne postaci, jak Gottfried Wilhelm Leibniz, Pierre-Simon Laplace, Carl Friedrich Gauss, Léon Foucault, Thomson William lord Kelvin i wiele innych, które mogłyby się stać bohaterami tyluż rozdziałów, zostają jedynie wspomniane. W każdym razie mam jednak nadzieję, że żadne z tych pominięć nie przeszkodzi w prześledzeniu rozwoju różnych koncepcji wszechświata, kształtujących się w ramach fascynującej ludzkiej przygody, pełnej dramatów i sprzeczności.

Próbując pokazać moment narodzin idei bohaterów tej historii, możemy dostrzec, że ich pragnienie wiedzy często splecione jest z szerszymi i znacznie głębszymi pytaniami, dotyczącymi ostatecznej przyczyny i sensu rzeczy. W najrozmaitszy sposób, w każdej epoce, obraz kosmosu pozostawał w ścisłej relacji z wymiarem religijnym – bądź to stanowiąc jego podstawę, bądź też z nim się ścierając. Religijność z kolei, żeby użyć określenia Einsteina, jest kolebką nie tylko każdej prawdziwej nauki, ale także każdej prawdziwej sztuki. I rzeczywiście to właśnie ekspresja artystyczna w swych rozmaitych formach oddaje i oświetla koncepcje kosmologiczne poszczególnych okresów historycznych, niekiedy wręcz poprzedzając naukowe hipotezy. Zamieszczony na końcu każdego rozdziału krótki dodatek przedstawia kilka przykładów dzieł sztuki – od malarstwa po poezję i architekturę – w których ma swoje potwierdzenie związek między kreatywnością artystyczną i naukową. Są to jedynie szkice i sugestie, których wybór jest świadomie częściowy i arbitralny, mające na celu skłonienie do dalszych poszukiwań.

Jeszcze jedna sugestia, zanim zaczniemy opowieść. Aby przystąpić do tej lektury z odpowiednim nastawieniem, spróbujmy przez chwilę usunąć z naszego umysłu wszystko to, co wiemy, albo co wydaje nam się, że wiemy. Spróbujmy przez chwilę spojrzeć w niebo tak, jakbyśmy to robili po raz pierwszy. Wychodząc od tego niewinnego i pełnego zachwytu spojrzenia, ponownie podbijemy, krok po kroku, całe terytorium naszej znajomości wszechświata.

1. DZIECIŃSTWO

W pierwszym brzasku dnia

ubrane w światło i ciszę

rzeczy budzą się z ciemności

jak było na początku świata.

Anonim,
hymn na Jutrznię

Strażnicy z Lascaux

Kiedy człowiek zaczął wpatrywać się w niebo? Aby odpowiedzieć na to pytanie, trzeba cofnąć się daleko w przeszłość, aż do ciemności kryjących czasy prehistoryczne. Ale w jaki sposób możemy odnaleźć pierwsze wskazówki zainteresowania człowieka gwiazdami?

Paleontolodzy poczynili wielkie postępy w odtwarzaniu wyglądu fizycznego i stylu życia naszych pierwszych przodków. Analizując skamieniałe szczątki – niekiedy dobrze zachowane w całości szkielety, częściej pojedyncze kości, fragmenty czaszek, małe kawałki – odtworzyli złożone drzewo genealogiczne różnych gatunków z rodzaju Homo, które poprzedzały nasze nadejście, aż do pojawienia się Homo sapiens około 200 000 lat temu. Budowa fizyczna najbliższych nam w czasie człowiekowatych została zrekonstruowana z podziwu godną szczegółowością. I nie tylko. Dzięki coraz częściej stosowanemu interdyscyplinarnemu podejściu jesteśmy dziś w stanie wyciągnąć istotne wnioski na temat zachowania naszych praprzodków, wychodząc od uważnej analizy najmniejszych wskazówek, które potrafi rozpoznać tylko oko eksperta. Z niewidocznych pozostałości popiołu w glebie na terenie wykopalisk naukowcy wnioskują o tym, że dana grupa ludzi potrafiła już posługiwać się ogniem; ze śladu znalezionego na zwapnionym gliniastym podłożu dedukują wyprostowaną postawę tego, kto go zostawił; z kawałka obrobionego krzemienia, który – trzeba przyznać – w naszych oczach wydaje się po prostu zwykłym kamieniem, rekonstruują cały świat zachowań i zdolności umysłowych odpowiadających umiejętności planowania potrzebnej do wytworzenia tego typu narzędzia.

Możliwe okazało się, na przykład, zrekonstruowanie dominującej diety niektórych archaicznych gatunków Homo dzięki przeprowadzonej z użyciem mikroskopu elektronowego analizie maleńkich śladów zużycia uzębienia u dorosłych przedstawicieli. Pozwoliło to odróżnić populacje mięsożerne od roślinożernych, a więc także grupy ludzi zdolnych wykonywać czynności złożone i zorganizowane (jak polowanie, koniecznie odbywające się w grupie na otwartym terenie stepowym) od populacji nadrzewnych, mniej rozwiniętych społecznie, które jeszcze najlepiej czuły się żyjąc na terenach leśnych. Nie mówiąc już o tym, że datowanie radiowęglowe izotopem ¹⁴C pozwala nam dzisiaj wprowadzić porządek chronologiczny do prehistorycznych pozostałości z dokładnością do kilku setek, a nawet dziesiątek lat.

Podsumowując, jak w każdej nauce, także w paleontologii doświadczenie, uważna obserwacja, postęp technologiczny połączony z wyobraźnią i ludzki geniusz mogą doprowadzić do ważnych i zaskakujących wniosków, nawet jeśli wychodzą od niewielu cennych danych, jakie są do dyspozycji.

Jednak żeby wyruszyć na przygodę interpretacji, trzeba zawsze zaczynać od widocznego śladu, od jakiejś poddającej się obserwacji wskazówki. Żucie jedzenia, rozniecanie ognia, chodzenie po błocie to czynności fizyczne, które przynajmniej co do zasady mogą zostawić jakiś trwały znak. Patrzenie w gwiazdy natomiast nie zostawia żadnych śladów. Jest to całkowicie dyskretna, niema, bierna czynność, która nie porusza nawet źdźbła trawy. Skąd więc możemy wiedzieć o zainteresowaniu ludzi prehistorycznych obserwacją nieba?

Ten, kto miał szczęście wejść do jaskiń w Lascaux, zanim zostały zamknięte dla zwiedzających, z pewnością z trudem wstrzymywał wzruszenie. Skalista grota, znajdująca się w pobliżu Montignac, w południowo-zachodniej Francji, jest w całości udekorowana wspaniałymi malowidłami przedstawiającymi sceny polowania na prehistoryczne zwierzęta, wciąż dobrze widoczne w półmroku jaskini. Patrząc na nie, ma się fizyczne odczucie, jakby oto docierała do nas bezpośrednia wiadomość pochodząca z mrocznej nocy dziejów. Sylwetki mamutów, turów (prehistoryczne, dziś już wymarłe byki o ogromnych rogach), zwierząt przypominających jelenie, konie, bizony, oddziałują równie mocno na odbiorcę, jak to, co cechuje wielkie dzieła sztuki nowożytnej. I nie jest to chyba tylko naiwne wrażenie laika, jeśli już niejaki Pablo Picasso twierdził, że ci malujący na skale artyści pozostawili już niewiele do zrobienia wszystkim swoim następcom.

Rysunki te sięgają czasów górnego paleolitu, w samym środku ostatniego zlodowacenia. Autorzy tych malowideł byli przedstawicielami człowieka z Cro-Magnon, który pojawił się po neandertalczyku i zamieszkiwał Europę między 35 000 i 10 000 lat temu. Ludzie z Lascaux utrzymywali się głównie dzięki temu, co upolowali na codziennych wyprawach, podczas których ryzykowali życie, mierząc się z ogromną zwierzyną, nieproporcjonalną do ich siły fizycznej, wyposażeni w przemyślnie skonstruowane kopie i oszczepy. Żyli w bardzo trudnych warunkach, które nam niełatwo jest sobie nawet wyobrazić. Jednak wiadomość przechowywana przez namalowane przez nich obrazy dociera do nas po dziesiątkach tysiącleci i natychmiast znajduje oddźwięk w naszej wrażliwości i w naszym guście estetycznym. I być może właśnie to nas tak wzrusza. Nie trzeba być antropologiem, aby zrozumieć, że artyści z Lascaux byli takimi samymi ludźmi jak my, zdolnymi podziwiać naturę, pojąć jej siłę i niebezpieczeństwo, piękno i tajemnicę, i przedstawić to wszystko z niezwykłą sugestywnością.

Trudno uwierzyć, że tych samych ludzi nie fascynowało także sklepienie niebieskie. Jednak, można by na to odpowiedzieć, mamuty i bizony tak mocno, wręcz bezwzględnie, przykuwały ich uwagę, ponieważ to właśnie od tych zwierząt zależało przetrwanie ludzi czy istnienie ich rodzin i plemion. Jakie znaczenie mogło mieć natomiast dla nich rozgwieżdżone niebo?

Kiedy podczas bezksiężycowych nocy Słońce zachodziło za wzgórzami, za horyzontem wielkiego stepu, niewyobrażalna dla nas ciemność pochłaniała powoli cały krajobraz, ustępując miejsca jedynemu bohaterowi: czarnemu niebu haftowanemu gwiazdami.

Jest noc, wszystko wokoło cichnie. Grupa osób wypoczywa, podczas gdy dwóch ludzi przykucniętych obok wielkiego głazu strzeże licznej rodziny. Ciemność w tę zimną noc zdaje się wzmacniać nawet najsłabsze odgłosy, które od czasu do czasu zakłócają spokój dwóch strażników. Złowrogi szmer porusza najbliższe paprocie, ale trwa to tylko chwilę. Potem zalega cisza. Równina jest niewidoczna, przykryta ciemnością. Szlak Drogi Mlecznej bieleje niczym piana fali na czarnym sklepieniu nieba. Ten spektakl delikatnych i cichych świateł jest dobrze znany dwóm ludziom z Cro-Magnon, którzy nie poświęcają mu wiele uwagi. Panuje kompletna cisza. Żaden odgłos nie wydobywa się nigdy z gwiazd. Niespodziewanie, ale nie przerywając ciszy, błyszcząca linia bardzo szybko przecina niebo, przebiegając przez dużą jego część. Jeden z dwóch ludzi zauważa to, odwraca się i przygląda światłu, śledząc je wzrokiem, potem zwraca się do swojego towarzysza, ale nie jest zaniepokojony. Wiele razy widział coś takiego, wie, że nie ma się czego bać. Nic niebezpiecznego nigdy nie przyszło z gwiazd. Chwilę później podnosi się, robi kilka powolnych kroków, opiera się o wielki głaz i znów wpatruje się w jedyną rzecz, którą może dostrzec: w niebo. I znowu widzi w górze tę samą małą grupkę gwiazd, niepowtarzalnych, położonych blisko siebie. Są mniej więcej w tym samym miejscu, w którym były poprzedniej nocy, i jeszcze poprzedniej. Może przypominają mu niewielkie stadko ptaków, gniazdo albo kto wie co jeszcze. A nieopodal widzi znowu tę samą ognistoczerwoną gwiazdę: ma dokładnie ten sam kolor, co podbiegłe krwią oko zranionego tura, które tak bardzo go przestraszyło, tamtym razem...

Blask świtu zaczyna być widoczny za wielkim wzgórzem, najpierw niemal niedostrzegalny, potem coraz bardziej wyraźny. Niebo z czarnego staje się ciemnogranatowe i z tej strony już prawie wszystkie gwiazdy znikły. Zarysowuje się już profil horyzontu, krzewów otaczających wioskę, sylwetki pobliskich chat. Rzeczy wyłaniają się z pustki, jakby to był pierwszy świt świata. W strażnikach narasta poczucie bezpieczeństwa, wiedzą, że niedługo pojawi się Wielkie Światło, ponownie hojne i silne, to światło, które ogrzewa ciało i wraca z obietnicą życia.

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki