Jak powstał wszechświat?

À propos matematyki. Nie jest to dziedzina atrakcyjna. Stawia wysokie wymagania, a sukces jest tu nader rzadki, wysiłek zwykle olbrzymi, efekt natomiast nikły lub żaden. Talent, praca, ambicje czy szczęście w tej dziedzinie to może być za mało. Mimo wszystko zasługuje ona na szacunek, już choćby dlatego, że – jak to trafnie zauważył ks. prof. Michał Heller – „matematyka to absolut, jedyny obszar działalności ludzkiej, który nie został dotknięty grzechem pierworodnym”.

Jest jeszcze inny powód, by ją cenić: matematyka jest jedynym narzędziem, które pozwala sięgać tam, gdzie nigdy nie sięgnie wzrok, choćby wspomagany najbardziej nowoczesnym teleskopem. Matematyka pozwala dowiedzieć się całkiem dużo o rzeczywistym świecie – i to bez wchodzenia do laboratorium czy pod kopułę teleskopu. Fakt ten, zwany czasem racjonalnością przyrody, sam w sobie jest nader zadziwiający.

Historia nauki dostarcza wielu przykładów zdumiewającej skuteczności matematyki. Jednym z bardziej spektakularnych było teoretyczne przewidzenie przez francuskiego astronoma U. Le Verriera (1846) istnienia nieznanej wcześniej planety, nazwanej później Neptunem, którą faktycznie potem ujrzano przez lunetę na niebie, niemal dokładnie w wyliczonym miejscu.

Pytając o Wszechświat, trzeba zacząć od kilku oczywistych faktów i obserwacji. Pierwszy z nich znany jest każdemu: niebo w nocy jest ciemne. A zatem przestrzeń kosmiczna nie może być nieskończona i jednocześnie wypełniona równomiernie gwiazdami. W przeciwnym razie w dowolnym kierunku zawsze napotkalibyśmy jakąś gwiazdę i nocne niebo świeciłoby jak powierzchnia Słońca. Zatem albo ilość gwiazd jest skończona, albo wiek Wszechświata jest skończony.

Drugi fakt jest nieco mniej oczywisty. Większość informacji o Wszechświecie przynosi nam światło, a to porusza się z wielką, ale jednak nie nieskończoną prędkością. Dochodząc do nas, niesie ono informację o świecącym obiekcie z chwili jego wysłania. Patrząc na Słońce, widzimy go takim, jakim było jakieś 8 minut temu, bo tyle czasu zajmuje światłu droga do Ziemi. Obserwując skrajnie odległą galaktykę czy kwazar widzimy go takim, jakim był miliardy lat wcześniej. Innymi słowy: obserwacje kosmologiczne są zawsze i nieuchronnie uwikłane w historię. Patrząc dalej, patrzymy jednocześnie w głąb historii Wszechświata.

Kosmologia w dzisiejszym rozumieniu tego słowa narodziła się w pamiętnym dla historii powszechnej roku 1917. Był to rok objawień Matki Bożej w Fatimie oraz brzemiennych w skutki burzliwych wydarzeń w Rosji, które na wiele lat rzuciły tragiczny cień na Europę. Wtedy to Albert Einstein zastosował swoją nową teorię grawitacji, zwaną dość nieszczęśliwie ogólną teorią względności, do całego Wszechświata. Jego pierwszy model nie oparł się próbie czasu (był to statyczny świat wypełniony jednorodnie gwiazdami), niemniej zwiastował narodziny nowej nauki: kosmologii relatywistycznej, czyli opartej o ogólną teorię względności.

Nie była to pierwsza próba opisu świata jako całości. Już w starożytności opis taki podał Ptolemeusz i jego wizja przetrwała rekordowo długo: 14 stuleci, zanim radykalnych zmian nie dokonał w niej Kopernik. Modele Ptolemeusza i Kopernika były pożyteczne w tym sensie, że dostarczały opisu ruchu Słońca, Księżyca i planet na sferze niebieskiej, pozwalały przewidywać zaćmienia i inne zjawiska.

Znaczący postęp dokonał się dzięki Newtonowi, który wprowadził koncepcję grawitacji, przyciągania się mas na odległość, niemniej modele świata oparte o jego teorię prowadziły do rozmaitych paradoksów. Dopiero wspomniana teoria Einsteina pozwoliła w sposób wolny od sprzeczności i paradoksów odpowiedzieć na wiele pytań dotyczących Wszechświata i jego ewolucji.