Ciut bardziej zaawansowany kurs astrofizyki – recenzja “Witamy we wszechświecie”

Wiecie co jest lepsze od solidnego wykładu znanego popularyzatora nauki? Jeszcze solidniejszy wykład, będący owocem współpracy trzech wyśmienitych i charyzmatycznych popularyzatorów nauki.

Pomysł na wspólną, obszerną książkę narodził się na Uniwersytecie Princeton, którego władze postanowiły zachęcić studentów kierunków innych niż fizyka czy astronomia, do poszerzenia swoich horyzontów. Aby osiągnąć cel, o zorganizowanie interdyscyplinarnych wykładów poproszono sławnego Neila deGrasse’a Tysona, którego wsparli miejscowi profesorowie Michael Strauss oraz Richard Gott. Zajęcia okazały się niebywałym sukcesem i przyciągnęły widownię, jakiej nie powstydziłoby się sporej wielkości kino podczas premiery nowych Gwiezdnych Wojen. W naturalnym odruchu, w głowach tego zacnego trio zaświtała myśl o przelaniu wykładanych idei na papier. W ten sposób, po kilku latach do rąk tysięcy czytelników na całym świecie trafiła publikacja Witamy we wszechświecie. Podróż astrofizyczna.

Oczywiście widząc tak powierzchowne i wtórne tytuły można odczuwać pewien niepokój. Sam w podobnych przypadkach z reguły staram się nie śrubować zbyt wysokich oczekiwań. Zakładam bezpiecznie, że za chwilę przekartkuję kolejną ogólnotematyczną książkę adresowaną do tego rodzaju czytelnika, który ledwie kojarzy Einsteina czy Newtona; skupioną bardziej na barwnym portretowaniu kosmosu niż na poważniejszym objaśnianiu rządzących nim reguł. Na szczęście, zespołowa praca amerykańskich astrofizyków, przynajmniej częściowo, wychyliła się poza tę bezpieczną sferę. Dostajemy całkiem przyjemny kurs, nadal niebędący podręcznikiem, ale dający odbiorcy ciut więcej niż klasyczna literatura popscience. Z jednej strony nie zrezygnowano ze zgrabnej narracji, pękającej w szwach od celnych uwag i metafor. Z drugiej jednak, uczeni śmiało postawili na konkretne liczby, dokładne dane, do czego dorzucili zaskakująco pokaźną garścią równań – rzecz, której do tej pory nie spotkałem w żadnej z książek Tysona.

Wszyscy poruszamy się z szybkością 30 kilometrów na sekundę wokół Słońca. Przy tak ogromnej szybkości można by oczekiwać, że i przyśpieszenie będzie znaczne, ale w rzeczywistości jest ono niewielkie, ponieważ promień okręgu jest bardzo duży. Policzmy to przyśpieszenie.

Konstrukcja publikacji opiera się o trzy obszerne części: Gwiazdy, planety i życie, Galaktyki oraz Einstein i wszechświat. Dział pierwszy wyszedł spod pióra Tysona, który tym razem daje poznać swoje bardziej belferskie oblicze. Astronom poświęca całkiem sporo miejsca na postawienie solidnych fundamentów fizyki klasycznej w postaci praw Newtona i Keplera, aby następnie przejść do tematyki gwiazd. Dyrektor Hayden Planetarium tłumaczy jak w kosmosie emitowana jest energia (m.in. wyliczymy przekrój czynny) oraz w jaki sposób przebiega ewolucja gwiazd (rozłożymy na czynniki pierwsze diagram Hertzsprunga-Russella). Za ciekawy akcent należy uznać rozdzialik Dlaczego Pluton nie jest planetą? Choć sama odpowiedź na postawione pytanie nie należy do skomplikowanych, warto go przeczytać choćby po to, aby poznać szczegóły zamieszania z 2006 roku od środka, z perspektywy jednego z jego głównych inicjatorów.

Zdjęcie galaktyki Wiatraczek jest całe pokryte punktami światła. Nie są to gwiazdy należące do tej galaktyki, ponieważ z tej odległości pojedyncze gwiazdy byłyby znacznie słabsze. Są to raczej gwiazdy naszej Drogi Mlecznej, odległe zapewne o kilka tysięcy lat świetlnych, które znajdują się na linii obserwacji, podobnie jak krople deszczu na przedniej szybie samochodu. Sama galaktyka Wiatraczek zajmuje około połowy stopnia na niebie; przy odległości 20 milionów lat świetlnych daje to średnicę około 170 tysięcy lat świetlnych.

W części drugiej, przygotowanej przez Michaela Straussa, bierzemy się za studiowanie przestrzeni międzygwiezdnej oraz fizyki całych galaktyk. Na pierwszy plan zostają wysunięte badania mgławic, gromad i struktury Drogi Mlecznej. Odkryjemy m.in. w jaki sposób znając charakterystykę oddziaływania grawitacyjnego i ruchu Układu Słonecznego, możemy łatwo oszacować masę naszej galaktyki. Jednak co najlepsze, z tego niezbyt frapującego zagadnienia, Strauss sprytnie czyni przyczynek do dyskusji o fundamentalnym problemie rotacji galaktyk i hipotezie ciemnej materii. Na dokładkę dostajemy jeszcze prawo Hubble’a oraz stałą Hubble’a wraz z omówieniem metody wyznaczania tej ostatniej.

Bekenstein wykonał eksperyment myślowy: wpuścił cząstkę nieskończenie powoli do czarnej dziury Schwarzschilda, a następnie obliczył, o ile wzrosło pole powierzchni jej horyzontu zdarzeń. Wzrost pola powierzchni był równoważny utracie jednego bitu informacji, mianowicie informacji, czy ta cząstka istniała czy nie. (…) Okazało się, że utrata jednego bitu informacji jest równoważna wzrostowi pola powierzchni rzędu (1,6 x 10-33cm)2=hG/2πc3.

I wreszcie część trzecia, potencjalnie najbardziej fascynująca ale i złożona. Richard Gott wprowadza nas w meandry fizyki relatywistycznej, zaczynając od postulatów szczególnej teorii względności, a kończąc na dalekosiężnych implikacjach pomysłów Einsteina w kontekście astrofizyki i kosmologii. Ze szczególną satysfakcją czytało mi się rozdział o czarnych dziurach, zwłaszcza fragment wspominający o astronomach, którzy “odkryli dowody, że w galaktyce M87 istnieje duża czarna dziura”. Tak, to ten sam obiekt, którego obraz zaprezentowano na konferencji w kwietniu tego roku. Posłużyła ona Gottowi jako konkretny przykład pomocny do wytłumaczenia geometrii czasoprzestrzeni w pobliżu horyzontu zdarzeń oraz do wyłożenia zagadnienia promienia Schwarzschilda. Niestety książka w oryginale trafiła do druku kilka lat temu, w związku z czym nie znajdziemy ani słowa o obserwacjach Teleskopu Horyzontu Zdarzeń.

Mam dylemat związany z oceną trudności książki. Fakt faktem podczas lektury nie zderzymy się z wyrafinowaną matematyką na poziomie akademickim, niedostępną dla umysłu zwykłego śmiertelnika. W rzeczy samej nie uświadczymy raczej niczego przez co nie przebrnąłby w miarę rozgarnięty i zdeterminowany maturzysta. Jednocześnie kłamstwem byłoby stwierdzenie, że jest to dobra książka do poczytania w autobusie lub podczas przerwy w pracy. Witamy we wszechświecie zdecydowanie wymaga minimum zaangażowania i odpowiedniego skupienia. Niby można przelecieć przez kolejne rozdziały omijając slalomem co bardziej zaawansowane treści i również łyknąć trochę wiedzy – ale wtedy pozbawiamy się całego “mięsa”, tego co pozytywnie wyróżnia recenzowaną pracę pośród konkurencji.

Nie mogę też nie dodać na koniec, że książka jest naprawdę ładna. Co prawda na matowej, ciemnej oprawie łatwo pozostawić odciski palców (nie czytać przy jedzeniu!), ale wydaniu przygotowanemu przez Zysk i S-ka nie sposób odmówić szykowności.

Info:
Autorzy: Neil deGrasse Tyson, Michael Strauss, Richard Gott;
Przekład: Jacek Bieroń;
Tytuł: Witamy we wszechświecie. Podróż astrofizyczna;
Tytuł oryginalny: Welcome to the Universe: An Astrophysical Tour;
Wydawnictwo: Zysk i S-ka;
Wydanie: Warszawa 2019;
Liczba stron: 526.
World Science U – polecanki Nie tylko Kopernik, nie tylko Skłodowska – recenzja “Historii fizyki w Polsce” Rok Czarnka. Długa lista osiągnięć Wielkiego Inkwizytora