84-letni Phillip James Edwin Peebles, obecnie emerytowany profesor Uniwersytetu w Princeton, jest uważany za jednego z wiodących kosmologów teoretycznych na świecie. Swoją karierę naukową rozpoczął już w 1970 roku, wnosząc znaczący wkład teoretyczny w koncepcję pierwotnej nukleosyntezy, udziału ciemnej materii w kształtowaniu wszechświata i badań kosmicznego tła mikrofalowego. Jego ostatnia książka z 1993 roku pt. „Principles of Physical Cosmology” przedstawia teoretyczny proces ewolucji wszechświata od Wielkiego Wybuchu do dnia dzisiejszego.
Badania prof. Peeblesa potwierdziły, że w czasie ekstremalnie krótkim, nazywanym „erą Plancka”, grawitacja jako pierwsza wyzwoliła się od innych zunifikowanych oddziaływań. „Dużo, dużo” później, kiedy nasz wszechświat miał już 10–35 s, pozostałe zunifikowane oddziaływania podstawowe rozdzieliły się na jądrowe silne i elektrosłabe, a te z kolei na jądrowe słabe i elektromagnetyczne. Kiedy upłynęła bilionowa część sekundy, wszechświat miał już cztery doskonale nam dzisiaj znane, osobne oddziaływania, które powodują, że wszystko dookoła nas i my sami mamy swoją określoną naturę i porządek nazywany prawami fizyki. Nadal jednak nasz wszechświat był zupą kipiących cząstek elementarnych, takich jak kwarki, leptony i wiele innych ich egzotycznych krewniaków. Wszelkie oddziaływania pomiędzy nimi umożliwiały niepodzielne bozony, do rodziny których zalicza się także fotony. W tej epoce kwarkowo-leptonowej wydarzyło się coś, co wpłynęło na los wszystkiego, co znamy, w tym na naszą własną przyszłość. Rozpoczęła się anihilacja materii z antymaterią, z której materia wyszła zwycięsko.
Około 100 tys. lat po Wielkim Wybuchu, kiedy wszechświat nadal bardzo wolno stygł, powstały pierwsze jony wodorku helu – kationy o wzorze chemicznym HeH+.
Składają się one z atomu helu związanego z atomem wodoru, z usuniętym jednym elektronem. Jest to najlżejszy jon heteronuklearny i jest uważany za jeden z pierwszych związków powstałych we wszechświecie po Wielkim Wybuchu. Od lat 70. naukowcy poszukują ich w odległych zakątkach kosmosu. Od nich bowiem zaczęły się wszystkie procesy, które nazywamy reakcjami chemicznymi.
400 tys. lat po Wielkim Wybuchu wszechświat stał się wreszcie przezroczysty i na tyle chłodny, żeby „promienie” światła mogły swobodnie przemieszczać się w przestrzeni. To starożytne promieniowanie nadal jest wszędzie wokół nas. Jednorodnie wypełnia cały wszechświat i ukrywa jego tajemnice. Nazywa się promieniowaniem reliktowym i pozwala kosmologom takim jak prof. Peebles powoli rozszyfrowywać zagadkę wieku niemowlęcego wszechświata i czasów, kiedy rodziły się procesy fizyczne.
Tajemnica ciemnej materii
Dzisiaj, 14 miliardów lat po Wielkim Wybuchu, we wszechświecie istnieje 100 mld galaktyk, z których każda w zależności od wielkości składa się z kilkuset miliardów gwiazd, planet, komet i obłoków pyłu gwiezdnego. Stanowią one jednak zaledwie 5 proc. materii i energii kosmosu. Obserwacja ruchu obrotowego galaktyk wykazała, że grawitacja jest w nich znacznie większa, niż wynikałoby to z ilości widocznej materii, którą zawierają. W ten sposób pośrednio odkryto główne spoiwo grawitacyjne, jakim jest materia nieemitująca i nieodbijająca promieniowania elektromagnetycznego. Z tego powodu nazwano ją ciemną materią. Dzięki badaniom takich naukowców jak prof. Edwin Peebles wiemy, że stanowi ona według różnych szacunków od 80 do 95 proc. masy wszechświata. Nadal pozostaje jednak jedną z najbardziej nieuchwytnych tajemnic we współczesnej fizyce i obiektem nieustannych spekulacji.
Szukając Ziemi Bis
W wyniku tej pierwotnej „eksplozji”, która zapoczątkowała wszystko, co znamy, i poprzez proces ekspansji czasoprzestrzeni powstał gaz wodorowy, najbardziej pierwotna forma materii, która doprowadziła do formowania się gwiazd i galaktyk. Z kolei śmierć tych gwiazd, w wyniku wybuchu supernowych, prowadzić miała do powstawania nowych pierwiastków i w konsekwencji do powstania życia.
Wybuchy supernowych stały się mechanizmem transferu i akumulacji energii, w wyniku którego powstawały nowe pierwiastki. Prof. Peebles uważał, że proces ten był turbulentny i chaotyczny. W czasie wybuchów powstawały bardzo gorące i zamknięte punkty energii, w których tworzyły się atomy żelaza, złota i srebra. Uważa się, że w ostateczności te interakcje zaowocowały życiem na naszej planecie.
Ale czy tylko na naszej planecie? Naukowcy nieustannie poszukują kopii naszej Ziemi w zimnej przestrzeni kosmosu. Czy te niezwykłe procesy, które doprowadziły do tak ogromnej różnorodności życia na naszej małej niebieskiej kuli, mogły się powtórzyć w innym zakątku naszej galaktyki lub wszechświata?
Na to pytanie od 30 lat próbują znaleźć odpowiedź dwaj pozostali laureaci tegorocznej Nagrody Nobla – szwajcarscy astronomowie z Obserwatorium Genewskiego: 77-letni Michel Mayor oraz 53-letni Didier Queloz. W pierwszej połowie lat 90. XX wieku poszukiwali ezgoplanet, które krążyłaby wokół gwiazd podobnych do naszego Słońca. Po wielu latach żmudnych obserwacji, 6 października 1995 roku zidentyfikowali planetę Dimidium (51 Pegasi b), okrążającą podobną do Słońca gwiazdę Helvetios (51 Pegasi). Odkrycie pierwszej tego typu egzoplanety pozwoli snuć przypuszczenia, że istnieje znaczące prawdopodobieństwo, że w wielu miejscach wszechświata mogły zaistnieć bardzo specyficzne warunki, jakie charakteryzują położenie naszej planety w Układzie Słonecznym.
Ale czy te kryteria lokalizacyjne są jedyną przesłanką pozwalającą nam przypuszczać, że życie mogło samoistnie zaistnieć także na innych planetach? Światowej sławy brytyjscy matematycy Fred Hoyle i Nalin Chandra Wickramasinghe obliczyli, że prawdopodobieństwo samoistnego ułożenia się aminokwasów tak, by powstała proteina ameby, wynosi 1 do 10 400. A przecież XIX-wieczny francuski matematyk Emil Borel uważał, że szansa wystąpienia jakiegokolwiek wydarzenia, którego prawdopodobieństwo wynosi 1 do 1050, jest niemożliwa nawet w skali wszechświata. Warto o tym pamiętać, poszukując we wszechświecie miejsca, w którym mogło powstać życie.
