VII Dyskusja Panelowa pt. „Oblicza fizyki – między fascynacją a niepokojem”

Nasze miejsce we Wszechświecie

2 grudnia 2011 roku w auli im. Andrzeja Pawlikowskiego w Instytucie Fizyki UŚ odbyła się VII Dyskusja Panelowa pt. „Oblicza fizyki – między fascynacją a niepokojem”. Jej myślą przewodnią było „Nasze miejsce we Wszechświecie”. Miała ona charakter interdyscyplinarny – wykłady wygłaszali, między innymi, fizycy, astronomowie i filozofowie.

Prof. dr hab. Jerzy Vetulani z Instytutu Farmakologii PAN w Krakowie
Prof. dr hab. Jerzy Vetulani z Instytutu Farmakologii PAN w Krakowie

W 2005 roku przypadła pięćdziesiąta rocznica śmierci Alberta Einsteina oraz setna rocznica napisania przez niego czterech artykułów, które stworzyły podwaliny współczesnej fizyki. Z tej okazji na Światowym Kongresie Towarzystw Fizycznych w Berlinie (w 2000 roku) ponad 40 towarzystw fizycznych z całego świata zaaprobowało propozycję, aby zadeklarować rok 2005 Światowym Rokiem Fizyki. Od tego czasu, corocznie na początku grudnia, Instytut Fizyki Uniwersytetu Śląskiego organizuje Dyskusję Panelową „Oblicza fizyki – między fascynacją a niepokojem”. Myślą przewodnią siódmej edycji było „Nasze miejsce we Wszechświecie”, a główną intencją organizatorów: chęć zaproponowania spojrzenia na tytułowy problem z różnych stron – począwszy od astronomicznie rozumianego miejsca Ziemi w kosmosie, poprzez fascynacje związane z odkrywaniem planet spoza Układu Słonecznego i badaniem możliwości istnienia pozaziemskich form życia, aż po kwestie samotności człowieka w obliczu Wszechświata. Spotkanie w Instytucie Fizyki UŚ rozpoczęło się od słów podziękowania dla prof. dr. hab. Jerzego Warczewskiego, który przez sześć lat organizował kolejne edycje Dyskusji Panelowych.

– Trud i zaangażowanie pana profesora są godne podziwu. Tego trzeba się uczyć i właściwie wykorzystać doświadczenie profesora Warczewskiego – powiedział dyrektor Instytutu Fizyki prof. dr hab. Krystian Roleder i dodał: – To, co w tej pracy jest tak ważne, to pasja i jej przekazywanie innym. Mam nadzieję, że taką samą pasję i zaangażowanie wykaże następca profesora Warczewskiego – prof. dr hab. Maciej Maśka.

Pierwszy wykład pt. „Dlaczego myślimy i jak umysł może prowadzić nas na manowce?” wygłosił prof. dr hab. Jerzy Vetulani z Instytutu Farmakologii PAN w Krakowie. Profesor, próbując odpowiedzieć na zadane w tytule swojego wykładu pytanie, stwierdził: – Myślimy, bo przede wszystkim mamy wielki i sprawny mózg, myślenie ułatwia przeżycie i umożliwia nam sukces życiowy. Jest potężnym orężem w walce o byt. Mózg rozwijał się w linii kręgowców przez 400 mln lat. Duży skok ewolucyjny nastąpił ok. 4 mln lat temu. Wówczas mózg ludzki, w bardzo krótkim czasie, czterokrotnie zwiększył swoją objętość. Profesor Vetulani podkreślił, że ewolucja mózgu wciąż trwa – zmieniają się wymiary oraz kształt czaszki – chociaż w różnych regionach świata proces ten biegnie z różną szybkością. Konsekwencją tej ewolucji wydaje się być tzw. efekt Flyna, czyli stały wzrost inteligencji z generacji na generację. Ponadto w ludzkim mózgu wytworzyły się mechanizmy rozumienia emocji i ich naśladowania (empatia) oraz umiejętność wczucia się w tok myślenia innych ludzi i jego zrozumienia. To niesłychanie ważne umiejętności, gdyż umożliwiają ocenę moralną.

Profesor Jerzy Vetulani zauważył, że jedyną drogą poznawania świata przez nasz mózg są zmysły. To one „pokazują” obrazy, które następnie mózg odpowiednio interpretuje. Mechanizm ten nazywa się lewopółkulowym interpretatorem świata. Polega na tym, że mózg „żąda”, aby to, co dochodzi do jego świadomości, było spójne, miało kształt i swoją przyczynę. Ponieważ otaczający nas świat jest barwny, często nieprzewidywalny, po prostu niezwykły, a wiele jego spraw jest dla nas niejasnych – zatem mózg (w myśl zasady, że nie wierzy w rzeczy, których nie może wyjaśnić) tworzy własne interpretacje, które następnie przyjmuje za prawdę obiektywną.

Kolejny wykład pt. „Czy jesteśmy sami we Wszechświecie?” wygłosił prof. dr hab. Michał Tempczyk z Instytutu Filozofii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Filozof postanowił odpowiedzieć na pytanie: jak zbudowany jest Wszechświat, że my możemy w nim istnieć? Wyjaśnił m.in. istotę zasady antropicznej, sformułowanej przez Johna Cartera. Jest to koncepcja filozoficzna, zgodnie z którą fundamentalne stałe fizyczne (stała Plancka, prędkość światła, stała grawitacji itp.) mają dokładnie takie wartości, aby umożliwić powstanie życia, a w szczególności pojawienie się istoty myślącej – człowieka na Ziemi. Nawet drobna zmiana parametrów fizycznych spowodowałaby całkiem inną historię Wszechświata i, być może, ludzie w ogóle by się nie pojawili.

Filozof przypomniał, że pytanie: jaka jest szansa, iż spotkamy się z innymi cywilizacjami, po raz pierwszy postawiono 19 września 1959 roku w „Nature”. Nieco później, w latach 60. XX wieku, Frank Drake z Uniwersytetu San Diego napisał słynny wzór, próbujący określić, ile cywilizacji technologicznych istnieje w naszej Galaktyce. Głównym celem tego równania nie było precyzyjne określenie liczby cywilizacji, ale raczej dokładniejsze zrozumienie mechanizmów, które wpływają na szanse ich powstania.

Tematowi planet i układów planetarnych wykład poświęciła także prof. dr hab. Ewa Szuszkiewicz z Uniwersytetu Szczecińskiego oraz koordynator polskiego ośrodka astrobiologicznego CASA* i reprezentant Polski w EANA (European Astrobiology Network Association). Prelegentka krótko przedstawiła kolejne etapy powstawania planet i układów planetarnych.

Od lewej: prof. dr hab. Marek Rogatko, prof. UŚ dr hab. Marek Biesiada i prof. dr hab. Ewa Szuszkiewicz
Od lewej: prof. dr hab. Marek Rogatko, prof. UŚ dr hab. Marek Biesiada i prof. dr hab. Ewa Szuszkiewicz

Planety powstają w dyskach protoplanetarnych, w strukturach gazowych, które tworzą się wokół nowo powstałych gwiazd. Następnym etapem jest kondensacja pyłu – z maleńkich ziarenek powstają struktury, które mają dziesiątki tysięcy kilometrów. Dalej następuje faza planetozymali – pojawiają się bryły na tyle duże, by ich własna grawitacja mogła przeciwdziałać ucieczce odłamków tworzących się podczas zderzeń. Następnie pojawiają się dyski, w których znajdują się już planety. Końcowym etapem tych procesów są dorosłe układy planetarne, jak nasz. W Układzie Słonecznym istnieje pozostałość po dysku protoplanetarnym i możemy go obserwować w postaci światła zodiakalnego.

Profesor Szuszkiewicz zaznaczyła, że planety mogą się od siebie znacznie różnić – są małe i duże, skaliste i gazowe, z atmosferą lub bez… W poznaniu ich podobieństw i różnic pomocna jest analiza widmowa atmosfer planetarnych. Trwają prace nad przygotowaniem misji kosmicznej, która będzie badała atmosferę planet pozasłonecznych EChO (Extrasolar Characterisation Observatory). EChO będzie w stanie określić fizyczne i chemiczne własności atmosfer oraz ocenić, czy warunki panujące na planetach typu ziemskiego mogłyby sprzyjać istnieniu organizmów żywych.

O układach planetarnych mówił także prof. dr hab. Michał Różyczka z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika w Warszawie. Na wstępie stwierdził, że układów planetarnych znamy ponad 700 (liczba ta została przekroczona kilka dni przed Dyskusją Panelową), a kandydatów na układy planetarne jest znacznie więcej, prawdopodobnie ponad 2000. Najbardziej wydajnym dostarczycielem takich danych jest teleskop Kepler. Prof. Różyczka przedstawił metody wykrywania planet pozasłonecznych – dopplerowską i tranzytów. Z tranzytem mamy do czynienia wtedy, gdy między obserwatorem i badaną gwiazdą przesuwa się obiekt, który na pewien czas blokuje część docierającego od niej światła, a więc można zaobserwować spadek jasności gwiazdy. Wiele znanych nam dziś planet pozasłonecznych odkryto metodą dopplerowską. Jeśli dookoła gwiazdy krąży planeta, powoduje ona przybliżanie się i oddalanie macierzystej gwiazdy do i od obserwatora, co wpływa na przesunięcia linii w jej widmie.

Poszukiwaniem tranzytujących planet zajmuje się satelita Kepler, umieszczony na orbicie Ziemi w marcu 2009 roku. Ma bardzo duże pole widzenia, jego zadaniem jest obserwacja wycinka Drogi Mlecznej w okolicach tzw. trójkąta letniego, zbudowanego z trzech najjaśniejszych gwiazd nieba letniego: Deneb (w gwiazdozbiorze Łabędzia), Wega (w gwiazdozbiorze Lutni) i Altair (w gwiazdozbiorze Orła). Kepler bada obszar, gdzie znajduje się ok. 100 tys. gwiazd. Z danych Keplera, pochodzących z połowy września 2011 roku, wynika, że zaobserwował on 123 ziemiopodobne planety.

– To, czego najbardziej poszukujemy, to odnalezienia tzw. drugiej Ziemi, czyli planety o masie Ziemi, która znajdowałaby się w ekosferze swojej gwiazdy – powiedział prof. Michał Różyczka. – I rzeczywiście, udało się już odkryć kilka takich planet. Ekosfera to sferyczna warstwa otaczająca gwiazdę, w której mogą istnieć planety zdolne do utrzymania na swych powierzchniach wody w stanie ciekłym, zaś warunki na powierzchni nie ulegają zbyt wielkim zmianom. Istnieje także równowaga temperatury i klimatu.

Wykład prof. dr. hab. Marka Rogatki z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie poświęcony był głównym aspektom teorii czarnych dziur (czarnych obiektów) i astrofizycznym zjawiskom z ich udziałem. Omówione zostały statyczne, stacjonarne i osiowosymetryczne czarne dziury oraz ich cechy. Wysokoenergetyczne zjawiska astrofizyczne z udziałem czarnych dziur mogą służyć jako „laboratorium” do testowania współczesnych teorii unifikacyjnych. Prelegent poruszył także problem ciemnej materii i ciemnej energii. Według naukowców ciemna materia to materia nieemitująca i nieodbijająca promieniowania elektromagnetycznego, której istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nią efekty grawitacyjne. Ciemna materia stanowi niewiele ponad 20 proc. bilansu masy-energii całego Wszechświata. Postulat jej istnienia wytłumaczyłby obserwowane anomalie w rotacji galaktyk oraz ruch galaktyk w gromadach, jednak wciąż istnienie tej materii nie zostało potwierdzone naukowo, także jej natura pozostaje nieznana. Podobnie sprawa ma się z ciemną energią. Według badaczy jest formą energii, która wypełnia całą przestrzeń i wywiera na nią ujemne ciśnienie, wywołując rozszerzanie się Wszechświata. Szacowany udział ciemnej energii we Wszechświecie to ok. 72,6 proc. Ciemna energia to jedno z pojęć wprowadzonych w celu wyjaśnienia przyspieszania ekspansji kosmosu oraz problemu brakującej masy we Wszechświecie. Ciemna energia różni się istotnie od ciemnej materii – jej oddziaływanie grawitacyjne ma charakter odpychający – to rozwiązuje problem przyspieszonej ucieczki galaktyk. Wszystkie obecne pomiary wskazują, że z niewiadomego powodu Wszechświat rozszerza się coraz szybciej.

Ostatnim wykładem VII Dyskusji Panelowej był referat prof. UŚ dr. hab. Marka Biesiady z Instytutu Fizyki UŚ pt. „Nasze miejsce w czasie – złoty wiek kosmologii”. Naukowiec stwierdził, że czasy, w których żyjemy, można z powodzeniem określić złotym wiekiem kosmologii. W ciągu ostatniego stulecia kosmologia przeobraziła się w naukę empiryczną, a ostatnie dekady przyniosły bezprecedensowej jakości wyniki budujące spójny wewnętrznie obraz rozszerzającego się Wszechświata, jego początku i proces powstawania w nim struktur (galaktyk i ich gromad) oraz tworzenia pierwiastków w procesach nukleosyntezy pierwotnej i we wnętrzach gwiazd. Prof. Biesiada zauważył również, że odkrycie przyspieszającej ekspansji Wszechświata wskazuje na ważny aspekt wyjątkowości obecnej epoki w jego dziejach – za 100 miliardów lat dla obserwatora jego rodzima galaktyka będzie jedynym dostrzegalnym kosmicznym obiektem, bez śladu kosmicznego towarzystwa, z wymazanym zapisem początku.

Spotkanie zakończył panel dyskusyjny, któremu przewodniczył prof. zw. dr hab. Tadeusz Sławek.

Autorzy: Agnieszka Sikora
Fotografie: Agnieszka Sikora