Ale kosmos - część druga

Po ostatnim wpisie było wiele pytań (dokładnie zero) odnośnie tego co to jest to całe LHC i właściwie to jak to wszystko się zaczęło bo wcale się nie zapowiadało, że od tych małych cząsteczek skończy się na wyborze pomiędzy Dudą a Komorowskim. Mało znany fakt: przewodniczący PKW o północy z piątku na sobotę przed wyborami zawsze staje na środku sali i wypowiada sakramentalne: Cisza na morzu, cisza w komnacie, kto się odezwie ten ściąga gacie.

LHC - z czym to się je?

Wielki Zderzacz Hadronów to największa i najbardziej skomplikowana maszyna wybudowana przez człowieka. I można się domyśleć, że też nie najtańsza. Natomiast zgrubna zasada jej działania jest bardzo prosta. Mając lat 7 regularnie bawiłem się w Wielki Zderzacz Legonów: budowałem samochodziki i ciężarówki z Lego i zderzałem je ze sobą z największą możliwą siłą po to, żeby zbierać potem klocki po całym mieszkaniu i składać te samochodziki od nowa. Tu dzieje się niemal identycznie. W okropnie długiej rurze po okręgu rozpędza się za pomocą gigantycznych magnesów protony do prawie prędkości światła. Jak jedno z jednej strony przypieprzy w drugie nadlatujące z drugiej to robi się bałagan. Deszcz przeróżnej maści cząsteczek po takiej kolizji wygląda jak babka z piasku po wizycie rozradowanego pięciolatka, który właśnie nauczył się klaskać. Po udanym zderzeniu sztab ludzi bierze się do roboty i składa wszystko do kupy - już teoretycznie i liczbowo: energetyczna suma wszystkich ziarenek piasku powinna dawać stan przedkolizyjny. Jeśli wynik jest różny od wyjściowego - zastanawiamy się co mamy przed oczami. Żeby nie było: nikt nigdy nie "widział" takiego bozonu Higgsa. Pojawił się on na jednym, drugim i trzecim wykresie jako ta niezgodność po kolizji - było tyle i tyle a jest więcej niż być powinno. Taka kolizja przypomina ogarnięty pożarem burdel, cząsteczki jedne rozkładają się w drugie, łączą i znikają, ma-sa-kra. Potrzeba gigantycznej mocy obliczeniowej, żeby te dane przetworzyć a co dopiero przeanalizować i z milionów zdarzeń powybierać te ciekawsze.
Na świecie jest kilka podobnych urządzeń ale żadne z takimi możliwościami. Chodzi o energie. Dosłownie wczoraj LHC pokazał ten swój wypadek z energiami rzędu 13TeV. Wydawać by się mogło, że jak się zderza tak małą piłeczkę jak proton to i energia z tego maleńka. Nic bardziej mylnego. Wszyscy wiemy, że jak się rozszczepi atom to się robi grzyb. Samo to powinno dać wskazówkę. Rozchodzi się właśnie o to, że do zabaw z protonami potrzebne są energie rzędu takiego jakie występowały na samym początku. Wszechświata. To są tera-elektrono-volty. O tyle: 10 000 000 000 000. A to dopiero początek. Przez rok rury LHCa właściwie magnesy remontowano po to, żeby zwiększyć tzw power. Przed remontem w LHC działy się mniejszej skali energie a i tak pozwoliło to odkryć bozon Higgsa. Wydobycie go spod kołdry na wierzch wymagało określonego, bardzo określonego zakresu energii. Akurat traf chciał, że wystarczyło. Gdyby siedział gdzieś wyżej - odkrylibyśmy go dopiero w tym roku albo później. Teraz szukamy dalej ale nie wiemy właściwie czego. Bardzo, bardzo chcemy znaleźć cząstkę (pole - przyp. red.) odpowiedzialną za grawitację. Wszyscy przecież doskonale wiemy jak działa grawitacja. Nikt nie wie dlaczego. Jeśli istnieje w ogóle coś takiego jak graviton - LHC ma największą szansę go znaleźć. Nie bardzo wiadomo co dalej - są kandydaci, tacy na pi razy oko: ciemna materia, ciemna energia. Ale krok dalej są jeszcze ciekawsze odkrycia wraz ze wzrostem możliwości LHC: inne wszechświaty. Brzmi jak gadka po psylocybinie? Niekoniecznie. Po raz pierwszy we wszechświecie po 13,7 miliardach lat pojawiają się tego rzędu energie i temperatury zderzeń. Przez ten czas nigdzie cząsteczki nie rozpędzały się do takich prędkości i nie zderzały bo zwyczajnie istnieje zbyt duża przypadkowość takiego zderzenia. Osiągnęliśmy warunki bardzo bardzo bliskie do tych, które miały miejsce w pierwszej sekundzie istnienia wszechświata i jeśli gdzieś tam jest Bóg to - kolego - znamy już twoje zabawki. Nawet jeśli LHC dotrze do końca swoich możliwości i nic więcej z niego się nie wyciśnie, to wiemy już, że idziemy we właściwym kierunku i modyfikujemy to urządzenie bądź budujemy następne. Ciekawostka: do tej wielkiej rury podłączone jest coś wielkości gaśnicy, co wpuszcza do środka te całe protony. Gaśnica wystarczy na parę milionów lat - więc przynajmniej paliwo do eksperymentów jest po taniości.

Jak to się wszystko zaczęło?

Wiele spraw pozostaje po dziś dzień niepojętych jak np. polski stand-up czy ile lat ma Krzyś Ibisz. Na szczęście żyjemy w czasach kiedy te strasznie ciekawe rzeczy są już jak najbardziej pojęte. Jeszcze nasi dziadkowie żyli w przekonaniu, że nasza galaktyka to cały znany wszechświat. Zmienił to niejaki pan Hubble, który zaglądał w niebo przez długą rurę i zobaczył, że daleko, daleko małe światełka to nie gwiazdy ale inne galaktyki. Świat był zaszokowany a religie całego świata pognały do książek, które jak na złość nic a nic o tym nie wspominały. Na całe szczęście najbardziej popularne urządzenie ludzkości - teleskop Hubbla - został właśnie tak nazwany a nie imieniem jakiegoś świętego. Teleskop Hubbla pokazał nam sporo więcej niż jego imiennik a nawet więcej niż ludzkość mogłaby się spodziewać. Ale najpierw to pan Hubble odkrył coś bardzo ważnego: że galaktyki się od siebie oddalają. I tu powstała konsternacja bo nawet szanowny pan Einstein twierdził uparcie i skrycie, że wszechświat sobie stoi w miejscu i zawsze był i zawsze stał. Nic bardziej mylnego. Wszechświat goni we wszystkie możliwe kierunki na łeb na szyję od samego swojego początku. I to właśnie dzięki obserwacji pana Hubble'a wiadomo, ze wszechświat miał początek. Co, bądźmy szczerzy, jest bardziej logiczne niż "zawsze było tak jak jest". Skoro galaktyki się oddalają to znaczy, że skądś "wyjechały". W ten chłopski sposób zaczęło się udowadnianie, że wyjechały z jednego garażu. Pi razy drzwi zgodzono się, że cała afera z tym zaczęła się 13,7 mld lat temu. I lecimy dalej. Każdy punkt od każdego innego oddala się ciągle i nawet lekko przyspiesza. Jeśli wydaje nam się, że stoimy w miejscu i tylko kręcimy się wokół tego naszego Słońca to nie do końca tak jest (kolejny błąd podstawówkowej fizyki). Wygląda to tak:

r

Czyli lecimy jak te śmieci za TIR-em albo puszki za samochodem nowożeńców. Z prędkością 70 000 km/h. Sporaśno, co?

Lecimy na pałę przez bezmiar wszechświata na kawałku skały jak smród za rozgrzaną gwiazdeczką zastanawiając się czy wegetarianie powinni móc jeść syntetyczne mięso.

Wracając do księgi Genesis: na początku nie było słowo ani nawet odchrząknięcie. Nie było nikogo kto mógłby je wypowiedzieć. Na początku był wielki wybuch, który nie był ani wybuchem ani wielkim. Nic nie zrobiło "Bum!" i nic było tak małe, że nieskończenie małe. Wychodzi na to, że był to punkt, "miejsce" gdzie prawa fizyki nie miały sensu ponieważ nie miały gdzie się zadziać. Najbliższe do tego stanu rzeczy przynajmniej trochę są czarne dziury - ale o nich kiedy indziej i osobno. Nikt nie powiedział "Niech się stanie światłość" bo zanim pojawiły się fotony minęła kupa czasu. Jest cały dział fizyki wielkiego wybuchu zajmujący się tym co działo się w trakcie ułamków pierwszej sekundy (to głupota myśleć, ze czas istnieje, kolejna podstawówkowa bzdura, ale o tym w innym czasie) a działo się dużo. Odkąd wszechświat zaczął być nieustannie się rozszerza. Przy czym na początku przez małą chwilę rozszerzył się nagle i bardzo. Przyjmijmy, że z tego punktu rozszerzył się do 1cm. Niby niewiele ale od nieskończenie mały do 1cm jest bardzo bardzo daleko. To zjawisko miało kolosalne skutki - grawitacyjne fale, szum wykrywany do dzisiaj (ciekawostka: w starych TV szum przy braku kanału zawierał ok 1% fal z początku wszechświata), temperatura itp. To powiększenie było tak nagłe, ze dalece przekroczyło prędkość światła. Nie możliwe? Możliwe. Nic nie może mieć większej prędkości niż światło - to prawda. Ale wtedy rozszerzyła się sama przestrzeń a nie coś co przez przestrzeń podróżuje. I rozszerza się do tej pory ale już nie tak gwałtownie. A co było przed? Czy to głupie pytanie? Wcale nie, o ile wyjdziemy z naszego porąbanego światopoglądu. Jeśli nasza mydlana bańka wszechświata cały czas się rozszerza to czy są inne bańki? Być może. Być może też nasza powstała poprzez rozdwojenie się jakiejś bańki albo połączenie z drugą. Być może też istnieje od cholery wszechświatów, które bezładnie latają sobie w jakiejś przestrzeni, pączkują lub łączą się bez ładu i składu a przenikają się nawzajem przynosząc takie rewelacje jak ciemna materia. Z drugiej strony mogą to być inne wymiary, których nie sposób doświadczyć żyjąc tylko w 3 (+ czas). To jest tak jakby uciąć bardzo cienki plasterek pnia drzewa, który łażące po nim korniki uznałyby za Genesis wszem i wobec.
W każdym razie zaczęło się prawie czternaście miliardów lat temu i poszło z górki: z helu i wodoru, które są najprostsze do zmontowania powstały z czasem pierwsze gwiazdy pod wpływem grawitacji w ciężkich jak cholera chmurach gazowych. W gwiazdach pod wpływem reakcji nuklearnych wytworzyły się inne pierwiastki porozpieprzane potem po świecie przez wybuchnięte supernowe. Dlatego jak najbardziej prawdziwe jest powiedzenie, że pochodzimy od gwiazd. Każdy jeden atom naszego organizmu został kiedyś wyprodukowany w środku jakiejś gwiazdy w wyniku długotrwałych reakcji jądrowych o gigantycznej sile. Jeśli komuś jest bardziej romantycznie z tego powodu, że katastroficzne i dramatyczne w skutkach wydarzenie niszczące całe gwiazdozbiory razem z planetami, spowodowało, że się urodził - to nawet super.
Na miłe zakończenie lektury pragnę zauważyć, ze jeśli wszechświat się kiedyś gdzieś tam zaczął to i się zakończy. O tym później.