„Otwierając oczy na Wszechświat”

Prof. Peter Norman Wilkinson

The University of Manchester

dr. h.c. UMK

Wykład inauguracyjny w roku akademickim 2010/11
(tłumaczenie dr hab. Andrzej Marecki)

Magnificencjo Rektorze, profesorze Radzimiński!
Szanowni Goście!
Wszyscy członkowie Wspólnoty Uniwersyteckiej tu dziś obecni!Przede wszystkim składam najserdeczniejsze podziękowanie Uniwersytetowi, zarówno za przyznanie mi tytułu doktora honorowego, jak i za dodatkowy zaszczyt zaproszenia mnie do wygłoszenia wykładu inaugurującego nowy Rok Akademicki na UMK w Toruniu.Chciałbym dziś opowiedzieć Państwu o znaczeniu astronomii dla całej ludzkości, o moich własnych, drobnych przyczynkach do niej oraz o perspektywach na przyszłość, a zwłaszcza o szansach dla Uniwersytetu Mikołaja Kopernika.W Toruniu byłem wielokrotnie. Po raz pierwszy było to w 1986 roku, kiedy to wraz z moją żoną Altheą, która zresztą też jest astronomem, przyjechaliśmy odwiedzić mojego kolegę Andrzeja Kusa, z którym zacząłem współpracować kilka lat wcześniej, gdy przebywał na rocznym stażu na Uniwersytecie w Manchester. Rok 1986 to był w Polsce ten czas, kiedy już z lekka czuło się rychłe nadejście kolejnej historycznej zmiany, zwłaszcza odwiedzając takie miejsca jak brama Stoczni Gdańskiej czy kościół św. Brygidy. Ale to, co najmilej zapamiętaliśmy, to nadzwyczajne ciepło z jakim przyjmowali nas Andrzej i jego żona Halina, a także pozostali koledzy z toruńskiego obserwatorium radioastronomicznego prowadzonego wówczas przez profesora Stanisława Gorgolewskiego. No i te przyjęcia w ich niewielkich mieszkaniach! Skąd w tamtych siermiężnych czasach zdobywali tak fantastyczne jadło i napoje – na wszelki wypadek woleliśmy nie pytać.Pamiętam też doskonale rok 1994, czyli otwarcie 32-metrowego radioteleskopu w Piwnicach, kiedy to świetlanej pamięci, wówczas niespełna 90-letnia, prof. Wilhelmina Iwanowska rozbiła butelkę szampana o fundament teleskopu i… złożyła mu pokłon. W ten sposób prowadzone przez długie lata zabiegi o jego powstanie zostały ukoronowane.Od tamtych dni byłem w Toruniu wiele, wiele razy i z satysfakcją odnotowuję, jak Polska w tych latach wróciła do Europy, a wasze miasto tętni życiem. Oczywiście, Toruń zawsze będzie się każdemu kojarzył z jednym z największych astronomów wszech czasów.Wszyscy wiemy o tym, jak silne są związki religii, mitologii, czy wreszcie astrologii z niebem. Przede wszystkim jednak przez tysiąclecia używano Słońca i gwiazd do nawigacji i do układania kalendarzy, by oddać w nich cykliczność pór roku oraz ustanowić czas siewu i żniw. Swoją drogą, skonstruowanie kalendarza jest całkiem skomplikowanym zadaniem, jako że okres rotacji Ziemi (czyli dzień), okres obiegu Księżyca na orbicie okołoziemskiej (miesiąc) i okres obiegu Ziemi wokół Słońca (rok) to trzy niepowiązane ze sobą liczby. W starożytności stworzono przeto wiele kalendarzy, a najdokładniejszy był ten z czasów Juliusza Cezara, kiedy to znano długość roku z dokładnością – aż albo tylko – 11 minut. Po 1500 latach z tych minut uskładało się 10 dni, na tyle dużo, że początki pór roku rozmijały się już bardzo wyraźnie z odpowiadającymi im datami. W 1582 roku porządek przywrócili astronomowie pracujący na zlecenie papieża Grzegorza XIII. Efekt ich pracy, opartej zresztą w całości o obserwacje okiem nieuzbrojonym, przyjmujemy dziś za oczywistość, gdy podajemy datę. Rzecz jasna, dzisiaj nie obserwujemy nieba „okiem nieuzbrojonym”, lecz „uzbrajamy” je w wielkie teleskopy, a jeśli chodzi o czas, to zamiast rotacji Ziemi, za jego wzorzec służy nam „chód” nieporównywalnie od niej dokładniejszych zegarów atomowych. Nota bene, związek świata atomów i Wszechświata został udokumentowany przez współczesną naukę jako niezwykle ścisły. Do tej kwestii nawiążę jeszcze nieco później.Na razie cofnijmy się o ok. 40 lat od momentu kalendarzowej rewolucji gregoriańskiej, która nastąpiła w Watykanie, do epoki innej, zresztą o wiele ważniejszej, rewolucji biorącej swoje początki tu w Toruniu. Mam, oczywiście, na myśli Mikołaja Kopernika i jego De Revolutionibus Orbium Coelestium, dzieło opublikowane tuż przed jego śmiercią w 1543 roku. Nawiasem mówiąc, aż połowa nakładu tego pierwszego wydania liczącego prawdopodobnie ok. 500 egzemplarzy przetrwała do dziś: najwięcej (44) w Niemczech, gdzie De Revolutionibus się ukazało, ale na drugim miejscu jest Wielka Brytania z 42 egzemplarzami. Mój Uniwersytet w Manchester posiada aż dwa i w ubiegłym tygodniu miałem zaszczyt mieć w rękach jeden z nich!Kopernikańska interpretacja ruchu planet bazowała na estetyce, a nie fizyce. Ale rzucone przez Kopernika wyzwanie staremu myśleniu, polegające na zastąpieniu wyjaśnienia „oczywistego” wyjaśnieniem „piękniejszym”, zapoczątkowało nowy trend w myśleniu. Oto bowiem przez następne stulecie pogłębiało się zrozumienie owego „pięknego” eksperymentu fizycznego odbywającego się na niebie. To piękno polegało zwłaszcza na braku tarcia podczas ruchu „sfer niebieskich”, o co tak martwili się filozofowie, poczynając od Arystotelesa. Zrozumienie fizyki odpowiedzialnej za to obserwowane piękno skutkowało rewolucją naukową, ta zaś kompletnie zmieniła życie ludzi.Istotą wszelkich nauk ścisłych jest tzw. „metoda naukowa” – najbardziej skuteczne podejście do systematycznego myślenia, jakie ludzkość wynalazła. Jej podstawą jest staranny opis zjawiska, do wyjaśnienia którego konstruuje się teorię czy mechanizm jego powstawania. Następnie teoria – i to jest najważniejsze – musi zostać przetestowana poprzez wykazanie, że jest w stanie przewidywać wyniki nowych obserwacji, innych niż dotychczasowe. Metoda naukowa oparta jest zatem na twardych dowodach. Otóż model kopernikański można by uznać za tylko elegantszy w porównaniu z epicyklami Greków sposób opisu widomych ruchów planet, gdyby nie jedno „ale”. Z opisu tego wynikało mianowicie to, iż planeta Wenus powinna mieć fazy tak jak Księżyc oraz że jej widome rozmiary powinny cyklicznie zmieniać się. Niestety, okiem nieuzbrojonym nie można sprawdzić tych przewidywań, ale Galileusz – przy użyciu jednego z pierwszych teleskopów – był w stanie ocenić zmiany rozmiarów i faz Wenus, co dostarczyło bezspornego dowodu na to, że Kopernik miał rację.Jeszcze dokładniejsze pomiary dokonane przez Tycho de Brahe, a następnie przeanalizowane przez Johannesa Keplera ujawniły pewne subtelne szczegóły zachowań planet w ich ruchu orbitalnym, nieznane Kopernikowi. Zostały one poprawnie wyjaśnione w ramach Prawa Powszechnego Ciążenia Izaaka Newtona. Tym samym, bodajże po raz pierwszy w historii, ludzkość doznała olśnienia, że istnieje pewien dogłębny ład rządzący Wszechświatem. Sam Newton miał natomiast powiedzieć, że „był w stanie widzieć dalej, bo stanął na barkach olbrzymów”. Jednym z nich był Kopernik, a więc można rzec by można, iż współczesna nauka narodziła się m.in. w Toruniu.

Teorie naukowe są zawsze otwarte na „atak” ze strony nowych danych empirycznych. W odniesieniu do Prawa Powszechnego Ciążenia upłynęło 350 lat, by – w obliczu niemożności poprawnego wyjaśnienia przezeń ruchu Merkurego – teoria ta musiała zostać zastąpiona przez inną. Nowa teoria grawitacji, czyli Ogólna Teoria Względności Einsteina, była w stanie rozwiązać problem Merkurego, ale także przewidziała ugięcie promieni światła przechodzących w pobliżu tarczy Słońca. Zostało to tryumfalnie potwierdzone podczas zaćmienia Słońca w roku 1919, Einstein z miejsca stał się ogólnoświatową naukową supergwiazdą, a astronomia – ponownie – okazała się nieodzowna do ustalenia pewnych fundamentalnych prawideł rządzących światem fizycznym.

10 lat później Edwin Hubble, astronom z Kalifornii, ogłosił odkrycie ekspansji Wszechświata. W ślad za tym inni astronomowie śmiało spróbowali „cofnąć wskazówki kosmicznego zegara” i tak oto w roku 1930 zaczął się wyłaniać obraz Wszechświata, który, chociaż dzisiaj jest ogromny, to kiedyś był nieporównywalnie gęstszy i gorący, a jego ewolucję opisują równania Einsteina. Jeśli się zwróci uwagę na to, jak Watykan prześladował Galileusza za wsparcie dla teorii Kopernika, na ironię zakrawa to, iż owa radykalna idea ekspandującego Wszechświata nazwana potem Wielkim Wybuchem, po raz pierwszy została zaproponowana przez młodego katolickiego księdza Georgesa Lemâitre’a z Uniwersytetu w Louvain.

Po wojnie zaczął się masowy napływ nowych, szokujących danych obserwacyjnych. Zrodziła się zupełnie nowa gałąź astronomii – radioastronomia, której impuls rozwojowy dał wynalazek radaru. W latach 50-tych radioastronomowie udowodnili, że liczba obiektów kosmicznych emitujących fale radiowe, czyli tzw. radioźródeł, była większa w przeszłości niż obecnie. To kolejny dowód na to, iż Wszechświat jest zupełnie inny niż głoszono jeszcze parę dekad wcześniej: rozszerzający się a nie statyczny.

Lata 60-te, gdy zarówno ja, jak i liczni obecni tu znamienici profesorowie, byliśmy studentami, to czasy szczególnie bogate w nowe odkrycia na polu radioastronomii. Nieomalże każdy rok owej dekady przynosił coś nowego i ekscytującego. Przewidywane wcześniej echo Wielkiego Wybuchu, zwane dziś Kosmicznym Mikrofalowym Promieniowaniem Tła, zostało przypadkowo odkryte przez dwóch inżynierów pracujących w Laboratoriach Bella nad możliwością łączności satelitarnej. Na drodze porównania klasycznych obserwacji optycznych i nowych radiowych odkryto kwazary, najbardziej wydajne źródła promieniowania w kosmosie. Nieprawdopodobnie wielkie ilości energii, jakie te obiekty emitują, wytwarzane są przez rozgrzaną materię w rezultacie jej upadku na czarną dziurę o masie rzędu 100 milionów mas Słońca. W roku 1968 radioastronomowie z Cambridge natknęli się na pulsary. Nie są to co prawda czarne dziury, ale wirujące tzw. gwiazdy neutronowe. Taka gwiazda ma masę podobną do Słońca, ale „upakowana” jest w kuli o średnicy nie większej niż cała metropolia londyńska, a więc jej gęstość jest większa niż jądra atomowego. Jeszcze inne odkrycie, mianowicie tzw. rozbłysków gamma, dokonane w tym czasie, również było przypadkowe. Aby monitorować stosowanie się ZSRR do postanowień Paktu o Częściowym Zakazie Prób z Bronią Nuklearną z 1963 roku, Stany Zjednoczone umieściły na orbicie okołoziemskiej pewną liczbę sztucznych satelitów mających za zadanie rejestrowanie „rozbłysków” promieniowania gamma pochodzącego od nielegalnych eksplozji nuklearnych na Ziemi. Ale zamiast rozbłysków pochodzących od działań człowieka, satelity te zarejestrowały analogiczne zjawiska, tyle że niewiadomego pochodzenia. Zagadka wyjaśniła się dopiero po 30 latach: rozbłyski gamma pochodzą od najbardziej gwałtownych zjawisk w kosmosie. Gwiazdy o masach znacznie przewyższających masę Słońca kończą swoje „życie” poprzez całkowicie rujnujące je eksplozje zwane zjawiskiem gwiazdy supernowej. To, co pozostaje w jej miejscu, to czarna dziura i potężny impuls promieniowania, tak silny, że „niesie się” przez cały Wszechświat. Gdyby taki rozbłysk gamma miał miejsce w naszej galaktyce, byłby groźny dla życia na Ziemi i prawdopodobnie właśnie to zjawisko można obarczać odpowiedzialnością za przynajmniej jedno masowe wymieranie gatunków w dziejach naszej planety.

Do tej pory kilkakrotnie już użyłem tu słowa „odkrycie”. Warto zatem zapytać: jak się dokonuje odkrycia naukowego? Najczęściej jest tak, że poszukuje się nieprzebadanych dotąd aspektów przyrody, zwłaszcza na drodze postępu technicznego pozwalającego na zbieranie danych ze znacznie lepszą czułością, rozdzielczością kątową, dokładnością w wyznaczaniu odległości, czasu, częstotliwości, czy kombinacji pewnej liczby tychże czynników. Ale tzw. „czynnik ludzki” jest równie ważny co nowa technika. Wspomniałem przed chwilą o paru odkryciach dokonanych „przypadkowo”, a więc kiedy odkrywcom dopisało szczęście. Pewien znany golfista miał powiedzieć: „im bardziej trenuję, tym więcej mam szczęścia w grze”, a Ludwik Pasteur z kolei powiedział, że na gruncie nauk przyrodniczych przypadek faworyzuje „przygotowany” umysł. Innymi słowy odkrywcami zostają często ci, którzy tak bardzo zagłębiają się w swoje badania, że stają się czuli na jakieś subtelne acz nieoczekiwane odstępstwa od dotychczas przyjętej normy i w ten sposób wpadają na trop czegoś, czego nikt wcześniej nie zauważył. Inna droga do odkrycia to być właściwym człowiekiem na właściwym miejscu i we właściwym czasie i do tego… nie wiedzącym „za dużo”, tzn. nie będącym nadmiernie obciążonym zestawem zastanych utartych opinii.

Oczywiście nie ma jednej recepty na dokonanie odkrycia, ale z pewnością najbardziej niezawodnym sposobem na znalezienie nowych zjawisk jest połączenie postępu technicznego z cierpliwością. Odsetek danych „niespodziewanych” w pewnym zbiorze informacji powoli rośnie wraz ze wzrostem ogólnej ilości danych. Już w roku 1940 zauważono, iż liczba nowo zidentyfikowanych odmian w ramach danego gatunku zwierząt rośnie jak logarytm liczby zgromadzonych osobników tego gatunku. Dziś wiemy, że jest to generalne prawidło teorii informacji. W astronomii odpowiednikiem ekspedycji poszukujących nowych gatunków czy odmian fauny są tzw. przeglądy nieba i aby ich dokonywać potrzebne są nowe teleskopy i otaczające je instrumentarium. Według mnie otwierają się przed nami wielkie możliwości przeprowadzenia zupełnie nowych radiowych przeglądów nieba przy użyciu nowych naziemnych i satelitarnych radioteleskopów dostępnych w przyszłym 10-leciu. Przeglądy te uzupełniłyby istniejące przeglądy optyczne i w podczerwieni. To dlatego właśnie prof. Kus i ja zaproponowaliśmy budowę w Polsce nowego radioteleskopu pod egidą UMK. Oprócz swojej dużej średnicy (90m) i innowacyjnej konstrukcji teleskop ten będzie wyposażony w „radiokamery” nowej generacji przemiatające całe niebo by przeprowadzić przeglądy, jakich przedtem nie można było w ogóle dokonać.

Zapytacie może Państwo, jak to się stało, że radioastronomia ma tak bogatą historię odkryć, za które przyznano aż pięciu osobom nagrody Nobla, czyli zdecydowanie więcej niż w innych dziedzinach astronomii? Chciałoby się nieskromnie pomyśleć, że może po prostu radioastronomowie są mądrzejsi. Ale prawda jest inna. Fale radiowe niosą unikalne informacje o Wszechświecie. Są one wytwarzane na rozmaite sposoby. Może to być mikrofalowe promieniowanie tła, ale mogą to być procesy zachodzące na powierzchni Słońca. Ich źródłem mogą być najprostsze atomy, albo skomplikowane molekuły. Ich „nadajniki” mogą się znajdować w pobliżu tak egzotycznych obiektów jak gwiazdy neutronowe czy czarne dziury. A co najważniejsze, fale radiowe są w stanie przenikać chmury pyłu kosmicznego, który jest przeszkodą nie do pokonania dla innych rodzajów promieniowania. Nie dziwcie się Państwo zatem, jeśli powiem, iż według mnie jeszcze bardzo wiele możemy się dowiedzieć z obserwacji nieba radioteleskopami.

Pragnę teraz powiedzieć nieco o mojej pracy i o naukach jakie z niej wynikają.

W swojej książce Profiles of the Future Arthur C. Clarke, brytyjski pisarz science fiction i futurolog, napisał: „Kiedy znakomity, ale będący już w starszym wieku naukowiec twierdzi, że coś jest możliwe, to prawie na pewno ma rację. Kiedy natomiast tenże naukowiec twierdzi, że coś jest niemożliwe, to najprawdopodobniej myli się.” Otóż niektóre z moich największych osiągnięć zostało zaklasyfikowanych jako niemożliwe przez profesora Martina Ryle’a, doktora h.c. UMK, który to tytuł Wasza Uczelnia przyznała mu w roku 1973, tj. na rok przed tym gdy przyznano mu nagrodę Nobla z fizyki.

W latach 50-tych w miejscu zwanym Jodrell Bank niedaleko Manchesteru profesor Bernard Lovell zbudował pierwszy na świecie wielki radioteleskop o średnicy lustra 76m. To właśnie ten instrument natchnął mnie do tego by zostać radioastronomem. Ale, aczkolwiek wielkie radioteleskopy są bardzo czułe, nie potrafią one wyróżnić wielu detali w radiowym obrazie obserwowanego obiektu. Zdolność rozdzielcza teleskopu Lovella jest gorsza niż naszych oczu! Żeby obraz był bogatszy w szczegóły, teleskop musiałby być jeszcze większy, ale wtedy napotykamy na ograniczenia związane z wiatrem i grawitacją, toteż jak dotąd nikt nie zbudował w pełni sterowalnego radioteleskopu o średnicy większej niż ok. 100m.

Prof. Martin Ryle rozwiązał problem ograniczonej rozdzielczości radioteleskopu poprzez odpowiednie składanie sygnałów pochodzących od systemu wielu mniejszych radioteleskopów rozstawionych na przestrzeni kilku kilometrów. W rezultacie udało mu się stworzyć wirtualny radioteleskop o wielokilometrowej – jak mówimy – „syntetycznej” aperturze bez konieczności budowania jej w całości. Za opracowanie tej metody Martin Ryle otrzymał w 1974 roku wraz ze swoim kolegą Anthony Hewishem nagrodę Nobla. Najlepsze uzyskane przez nich obrazy ujawniły obecność wąskich strug emitującej fale radiowe plazmy wskazującej na galaktykę macierzystą zlokalizowaną w centrum radioźródła. Mimo to rozdzielczość nowego „syntetycznego” radioteleskopu Ryle’a była wciąż za mała by zajrzeć wgłąb galaktyki, by zobaczyć, co się w niej dzieje.

Postulat polepszenia rozdzielczości oznaczał jednak konieczność zastosowania jeszcze większych odległości pomiędzy faktycznymi radioteleskopami, z których syntezuje się teleskop wirtualny. I tu pojawił się problem: tak jak z winy atmosfery ziemskiej gwiazdy migoczą, co powoduje, że ich obrazy w teleskopie optycznym są rozmazane, tak z tej samej przyczyny radiowe obrazy w syntetycznym radioteleskopie stają się nieostre, gdy odległości pomiędzy faktycznymi antenami przekraczają ok. 5km, ponieważ w takim układzie nie udaje się poprawnie „zgrać” ze sobą sygnałów radiowych zarejestrowanych przez poszczególne radioteleskopy. Ryle był przekonany, że ów rujnujący efekt fundamentalnie ogranicza rozdzielczość osiąganą w ramach jego metody. Wkrótce miało się jednak okazać, że Ryle mylił się!

Gdy w 1974 roku moja żona i ja uzyskaliśmy doktoraty, wyjechaliśmy z Manchesteru do Kalifornii na staże podoktorskie w Caltechu. Ja nawiązałem współpracę z profesorem Marshallem Cohenem i innym stażystą świeżo po doktoracie, dzisiaj profesorem Caltechu, Anthony’m Readheadem. Grupa z Caltechu, do której dołączyłem, to byli pionierzy techniki obserwacyjnej zwanej interferometrią wielkobazową (Very Long Baseline Interferometry, VLBI). VLBI to ekstremalna realizacja idei syntezy apertury Ryle; w tym rozwiązaniu radioteleskopy nie są ze sobą połączone, a odebrane przez nie sygnały są rejestrowane na nośnikach magnetycznych wraz z ultradokładnymi znacznikami czasu z zegarów atomowych. Dzięki takiemu rozwiązaniu radioteleskopy mogą być zlokalizowane w różnych krajach nawet na różnych kontynentach, a tworzenie syntetycznego teleskopu odbywa się poprzez odczyt zapisanych danych, ich synchronizację i korelację. (Proces ten zwykle ma miejsce kilka tygodni po obserwacji.)

Gdy tylko tę sprytną technikę udało się wdrożyć w latach 60-tych, wyszło na jaw, że centra kwazarów silnie emitują fale radiowe. Niestety, wspomniany wcześniej efekt zaburzania obserwacji przez atmosferę uniemożliwiał wykonywanie dokładnych obrazów regionów odpowiedzialnych za tę emisję. Niezrażeni opinią noblisty, Readhead i ja postanowiliśmy zmierzyć się z tym problemem. Szczegóły naszego rozwiązania są zbyt techniczne, by tu je omawiać, chciałbym jednak tu wspomnieć, że na przykładzie naszych prac potwierdziło się, iż nie każdy genialny pomysł znajduje uznanie w chwili powstania i musi dopiero poczekać na właściwy czas. Ta reguła sprawdziła się choćby na przykładzie… Kopernika. W naszym przypadku istotny element metody eliminowania zakłóceń od atmosfery w obserwacjach radiowych został wynaleziony przez pewnego astronoma z Manchesteru 20 lat wcześniej, ale został zapomniany. My natomiast połączyliśmy jego ideę z naszymi własnymi pomysłami, tak iż powstała nowa metoda i to ona pozwoliła nam na uzyskanie pierwszego radiowego obrazu jądra kwazara.

Dzięki możliwości wykonywania obrazów radiowych o tak zawrotnej rozdzielczości doszło do fundamentalnych odkryć na tym polu badań naukowych. Pokazały one, że centra radioźródeł mają cienkie strugi wydobywające się z jednej strony galaktycznego jądra, a co więcej, że materia w tych strugach może się poruszać z prędkościami pozornie większymi niż prędkość światła! Wkrótce wyjaśniło się, że einsteinowski zakaz przekraczania prędkości światła nie jest tu łamany, a materia w strudze faktycznie porusza się z prędkością jednak nieco mniejszą od prędkości światła, a efekt prędkości pozornie nadświetlnej jest wywołany orientacją strugi w kierunku obserwatora. Odcinek strugi w pobliżu jądra jest zazwyczaj ukierunkowany identycznie jak znacznie dalsze jej fragmenty, co oznacza, że gdzieś w centrum kwazara musi kryć się nie tylko potężne źródło energii zdolne do tego, by rozpędzać cząstki do relatywistycznych prędkości, ale także musi ono umieć wyposażyć strugę w coś na kształt „pamięci kierunku”. Dzisiaj wiemy już, że strugi formowane są w pobliżu wirującej czarnej dziury, a jej moment obrotowy utrzymuje oś czarnej dziury, a w konsekwencji i strugę, w stałym położeniu przez miliony lat.

Dalsze udoskonalenia techniki obserwacyjnej, o której tu mówię, stały się kluczem do sukcesu sieci MERLIN, czyli zespołu radioteleskopów rozlokowanych w poprzek całej Anglii. To, że produkuje ona doskonałej jakości obrazy radiowe, miało istotny wpływ na rozwój innych sieci radioteleskopów, a mnie osobiście uzmysłowiło wiarygodność pomysłu sieci o łącznej powierzchni zbierającej tworzących ją radioteleskopów sięgającej kilometra kwadratowego, czyli 200 razy więcej niż powierzchnia radioteleskopu Lovella koło Manchesteru. Dziś projekt SKA (Square Kilometre Array), czyli radioteleskopu o powierzchni kilometra kwadratowego, stał się ogólnoświatowym przedsięwzięciem, w które zaangażowani są astronomowie i inżynierowie z dziesiątków instytutów. Natomiast w oparciu o technikę VLBI powstało na świecie kilka sieci: kontynentalnych i globalnych. UMK ma doskonały 32-metrowy radioteleskop będący kluczowym składnikiem Europejskiej Sieci VLBI (EVN), biorący ponadto udział w globalnych obserwacjach VLBI. A ponieważ rozdzielczość VLBI tak bardzo przewyższa rozdzielczość wszystkich pozostałych technik stosowanych w astronomii, VLBI ma doniosły wkład w zrozumienie wielu zjawisk astronomicznych. Ponadto warto w tym miejscu zauważyć, że astronomia była zawsze nauką nieuznającą granic – nawet w czasie wojny astronomowie w Europie wymieniali się danymi! – a funkcjonowanie sieci VLBI, będąc całkowicie uzależnionym od międzynarodowej współpracy, jest tego znakomitym przykładem.

Międzynarodowe sieci VLBI są ponadto dowodem na to, iż astronomia stała się „wielką nauką”, w tym sensie, że najważniejsze badania prowadzone są przez duże zespoły pracujące na kosztownych urządzeniach czy to na Ziemi, czy w przestrzeni kosmicznej. Potężne strumienie danych spływające z takich wielkich urządzeń obserwacyjnych stworzyły nowy typ astronoma. Jego działalność naukowa to już nie ślęczenie przy lunecie, ale raczej przy komputerze (oczywiście podłączonym do internetu), by „przekopywać” „złoża” zarchiwizowanych danych obserwacyjnych. (W języku angielskim ukuto nawet specjalną nazwę dla tego typu pracy: data mining, czyli dosłownie: „górnictwo informacyjne”.) Połowa artykułów naukowych powstałych w oparciu o obserwacje dokonane Kosmicznym Teleskopem Hubble’a, to zrobienie użytku z danych niewykorzystanych do pierwotnie zamierzonego celu, a więc są one efektem działalności typu data mining.

Przykładem przepastnej bazy danych o milionach galaktyk i kwazarów i setkach milionów gwiazd jest Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Jest ona bezpłatnie dostępna przez internet. Systematyczne przeczesywanie tej bazy przez grupę ochotników doprowadziło ostatnio do odkrycia nowej klasy galaktyk! A pewien nauczyciel w szkole w Holandii odkrył w SDSS obiekt, którego natury w ogóle nie rozumiemy.

Podejście do badań, jakie reprezentuje tzw. „wielka nauka” niesie tylko jedną niedogodność, mianowicie taką, że kosztowne instalacje czy urządzenia właśnie dlatego, że są tak kosztowne, nie za bardzo mogą służyć jako „pracownia studencka”, gdzie studenci uczą się obserwacyjnego rzemiosła na prawdziwym sprzęcie. Ja miałem to szczęście, że wychowałem się jeszcze w innej epoce: „w kulturze” obserwatorium uniwersyteckiego. My znaliśmy nasz sprzęt na wylot, tak iż nawet potrafiliśmy usuwać ewentualne usterki. To pokazuje, że musimy też tworzyć i rozwijać instrumenty badawcze na uniwersytetach, zarówno po to, by otwierać nowe obszary badań, które później mogą być eksploatowane na wielkich urządzeniach, ale także aby umożliwić na nich naukę studentom. To oni bowiem będą projektowali teleskopy przyszłości.

Profesor Kus i ja jesteśmy teraz zaangażowani w międzyuniwersytecki projekt, w ramach którego zbudowana na moim uniwersytecie w Manchester wielopikselowa „kamera radiowa” została zainstalowana na toruńskim 32-metrowym radioteleskopie. Osiągamy tym sposobem dwa cele: po pierwsze robimy świetną naukę, a po drugie młodzi astronomowie z Torunia i Manchesteru zdobywają doświadczenie w uruchamianiu i eksploatacji skomplikowanego sprzętu, a także rozwijają nowe sposoby analizy danych. A doświadczenia stąd wynikające inspirują nas, gdy myślimy o propozycji nowego 90-metrowego radioteleskopu.

Biorąc pod uwagę ograniczoną liczbę miejsc pracy na uczelniach, jest prawdopodobne, że większość absolwentów będzie jednak szukała pracy na rynku. Np. w Wielkiej Brytanii rząd oczekuje, że finansowanie badań naukowych z budżetu państwa będzie się przekładać na rozwój gospodarczy. A techniki wypracowane przez radioastronomów są nierzadko bliskie zastosowaniom praktycznym. Ostatnio zainteresowałem się możliwością wykorzystania pewnego rozszerzenia zasady syntezy apertury Ryle’a do… kontroli bezpieczeństwa na lotniskach. Ale to jest temat na inną rozmowę. Kojarzy mi się on jednak z jednym ze standardowych pytań zadawanych astronomom: czy nie lepiej byłoby wydawać pieniądze na bardziej palące potrzeby, zwłaszcza na zmniejszenie cierpień ludzi? Moja odpowiedź brzmi: ale przecież ludzie FASCYNUJĄ się astronomią! W mediach, w rubryce „nauka”, astronomia zajmuje aż drugie miejsce zaraz po tematyce medycznej. Wiele razy udzielałem tu w Polsce wywiadów dla telewizji mając 32-metrowy radioteleskop w Piwnicach jako tło. Ale, podchodząc do tego już bardziej praktycznie, ponad wszelką wątpliwość, ogrom i niezwykłość Kosmosu inspiruje studentów by podejmować studia w dziedzinie nauk ścisłych. A technologia z „najwyższej półki”, rozwinięta dla lub zgoła przez astronomów, dała nam takie rzeczy, jak cyfrowe przetworniki obrazu powszechnie dziś stosowane w aparatach fotograficznych, możliwość bezprzewodowego łączenia się z internetem z laptopów, czy techniki przetwarzania obrazu stosowane w medycynie i kryminalistyce. Jest jeszcze kilka innych tego typu przykładów.

Skoro zatem zgadzamy się, że opinia publiczna nie ma nic przeciwko astronomii, to zapytajmy się dokąd ona dziś zmierza.

Wszechświat jest, całkiem dosłownie, ostatnią granicą naszego poznania. Możemy w nim szukać – i znaleźć – zjawiska, których odtworzenie w ziemskich laboratoriach jest absolutnie niemożliwe. I samo już myślenie o tym rodzi fundamentalne pytania nauki. Odkryliśmy kilka zasadniczych prawd o Wszechświecie, np. że nie rozciąga się on nieograniczenie wstecz w czasie, ale że coś dramatycznego wydarzyło się 13,7 mld lat temu, albo że obowiązuje w nim – jednak, bo nie jest to wcale oczywiste – geometria euklidesowa. Ale chyba najbardziej sensacyjnym odkryciem ostatnich lat jest to, iż większość materii i energii (a według Einsteina są to byty tożsame) Wszechświata przybiera taką formę, że nie są one do wykrycia bezpośrednio przez nasze teleskopy. „Normalna” materia, z której zbudowane są gwiazdy, planety i my stanowi tylko 5%, a reszta to tzw. ciemna materia, nie emitująca światła czy fal radiowych i tzw. ciemna energia, mająca własności antygrawitacji. Wychodzi więc na to, że 95% Wszechświata to obecnie dla nas kompletna tajemnica.

W ciągu najbliższych lat tempo postępu w nauce zapewne utrzyma się. Wyniki uzyskane przez Wielki Zderzacz Hadronów w CERNie, sprzężone z nowymi obserwacjami Kosmicznego Mikrofalowego Promieniowania Tła powiedzą nam więcej o największym akceleratorze cząstek: Wielkim Wybuchu. Nowe obserwacje odległych gwiazd supernowych oraz trójwymiarowego rozkładu galaktyk pozwolą nam ustalić przyszłe losy Wszechświata. Obecnie bowiem wygląda na to, że ekspansja Wszechświata przyspiesza i za kilka bilionów (tj. milionów milionów) lat nasza galaktyka będzie samotna w ciemnym Wszechświecie. Niewesoły to widok…

Kolejne wielkie pytanie to czy aby na pewno rozumiemy dobrze fizykę? Bo to jest jednak zadziwiające, że te same prawa fizyczne obowiązują w całym obserwowalnym Wszechświecie i niezależnie od tego, jak bardzo cofamy się w czasie. Niemniej jednak dwa fundamenty współczesnej fizyki: mechanika kwantowa i ogólna teoria względności są niekompatybilne i zapewne obie zostaną w przyszłości zastąpione przez głębiej sięgającą teorię łączącą te obie. Aktualnie faworytem jest w tym względzie tzw. teoria strun. (Nie zamierzam udawać, że ją rozumiem.) Mówi się, że teoria ta potencjalnie oferuje odpowiedź na inny iście kosmiczny problem, a mianowicie kwestię „dokładnego dopasowania” praw i stałych fizycznych. Prawa te i stałe są bowiem dokładnie takie jak „powinny być”, żeby powstało życie i istoty świadome, czyli my. Z drugiej strony gdyby nie były takie, to nie byłoby nas, więc nie miałby kto zadać pytania, dlaczego te stałe mają takie wartości. Jest to trochę błędne koło, ale mimo wszystko widoczne „dokładne dopasowanie” jest intrygujące. Według jednej z proponowanych odpowiedzi na pytanie skąd się ono wzięło, stało się tak po prostu przypadkowo. Proponenci teorii strun sugerują mianowicie, że nasz Wszechświat jest jednym z 10500 Wszechświatów – to jakaś zupełnie niewyobrażalna liczba – gdzie prawa fizyki i stałe fizyczne są kompletnie różne. My zaś żyjemy akurat w takim Wszechświecie, który pozwolił na wykształcenie się istot świadomych.

W swojej nowej książce słynny brytyjski kosmolog Steven Hawking twierdzi, że „Bóg jest niepotrzebny, bo wszystko może wyjaśnić teoria strun”. Jest tylko jeden problem: jak dotąd nie ma ani krzty dowodu na to, iż teoria ta jest słuszna. Ale nawet jeśli w przyszłości naukowcy znajdą dowody na jej słuszność, to i tak przyczyny tego matematycznego porządku w samej istocie Wszechświata (czy raczej „Multiświata”) pozostaną tajemnicą. Podobnie jak to ma miejsce w słynnych dowodach na istnienie Boga według Tomasza z Akwinu, wszystko sprowadza się do kwestii Pierwszej Przyczyny. Dlaczego w ogóle cokolwiek istnieje? – filozofowie od tysiącleci głowią się nad tym najważniejszym pytaniem. Od siebie mogę powiedzieć tylko tyle, że nauki przyrodnicze nie dostarczają nam w tej materii najdrobniejszej choćby wskazówki czy podpowiedzi. Z drugiej strony, nasze mózgi wyewoluowały w tym celu, żeby… sprawniej polować i zbierać żywność na równinach Afryki, przeto – być może – niektóre metafizyczne pytania trwale nas przerastają.

Ale może są w kosmosie rozumne istoty, które dokonały większego postępu? Poszukiwanie życia poza Ziemią jest jednym z zagadnień astronomii XXI wieku. Znalezienie życia gdzieś w kosmosie, nawet jeśli jego forma okaże się prymitywna, wpłynie kolosalnie na nasza psyche, obalając ostatni element naszego poczucia wyjątkowości we Wszechświecie i kończąc tym samym dzieło zaczęte przez Kopernika. Do tej pory znaleziono ok. 500 planet obiegających gwiazdy inne niż nasze Słońce, ale wszystkie one są albo za duże, albo przebywają za blisko swojej gwiazdy, by utrzymało się na nich życie w formie jaką znamy. Wkrótce jednak nowa generacja teleskopów umieszczonych na orbicie będzie w stanie wykryć planety podobne do Ziemi. Pierwsze doniesienia o takich odkryciach zaczynają się już pojawiać, a najbliższe lata powinny przynieść ich znacznie więcej. Co więcej, są spore szanse na wykrycie tlenu w atmosferach tych planet, co byłoby niezbitym dowodem na istnienie tam roślin. Natomiast jak na razie, mimo wielu poszukiwań przy pomocy radioteleskopów, nie ma żadnych dowodów na to, że docierają do nas „inteligentne” sygnały z kosmosu. Ale, być może, jesteśmy zbyt prymitywni by je wyłapać, a więc jesteśmy w tym względzie podobni do… plemion zamieszkujących Amazonię czy Borneo, które tkwią w błogiej nieświadomości, że na polanach w ich dżunglach można z powodzeniem odbierać sygnały od satelitów komunikacyjnych. Tak samo, być może, my z kolei nie mamy bladego pojęcia, że cywilizacje milion czy więcej lat od nas starsze cały czas do nas nadają, tylko że czynią to w sposób kompletnie dla nas nieprzystępny.

Kończąc, chciałbym wrócić na Ziemię i zacytować ministra brytyjskiego rządu, który niedawno powiedział: „Badania naukowe są dobrem publicznym. Pomagają one określić jakość naszej cywilizacji i pozwalają włączać logiczne, naukowe myślenie do procesów decyzyjnych rządu, biznesu i gospodarstw domowych. Jesteśmy wciąż narażeni na przesądy i nieracjonalne uprzedzenia w odniesieniu do świata przyrody i to właśnie naukowcy pomagają uodparniać się przeciwko nim.” Piękne słowa, ale strzeżcie się polityków – powiedziawszy powyższe, w tym samym przemówieniu minister zapowiedział… znaczne cięcia w budżecie Zjednoczonego Królestwa przeznaczonym na naukę.

A zatem, u progu nowego roku akademickiego składam Panu Rektorowi i jego współpracownikom moje najlepsze życzenia sukcesów w trudnym zadaniu prowadzenia i rozwijania uniwersytetu w tych finansowo trudnych czasach. Jestem pewien, że zarządzacie Państwo waszą uczelnią jak dobrze prosperującym przedsiębiorstwem, ale mam nadzieję, że i Władze Rektorskie i Senat UMK unikną tendencji, która pojawia się na uniwersytetach brytyjskich, aby zarządzać uczelnią tak jak by to było komercyjne przedsiębiorstwo. Praca intelektualna to jednak nie jest praca przy taśmie produkcyjnej. Natomiast kadrze naukowej waszej uczelni i studentom wszystkich kierunków nauczania dedykuję słowa poety Roberta Frosta. „W waszej pracy naukowej miejcie odwagę wybierać „mniej uczęszczane” drogi, nie bójcie się ryzyka, patrzcie naprzód, rzucajcie wyzwania starym ideom, szukajcie nowych sposobów myślenia i nigdy świadomie nie wybierajcie rozwiązań „drugiego gatunku””. Aha, i na koniec pamiętajcie o słowach słynnego wynalazcy Thomasa Alvy Edisona: „geniusz to 1 procent natchnienia i 99 procent potu”. [W oryginale gra słów: „1 per cent inspiration, 99 per cent perspiration”.] Nic się bowiem naprawdę nie udaje, o ile nie włoży się w to ciężkiej pracy.

Jeszcze raz dziękuję za zaszczyt przemawiania do Państwa w dniu dzisiejszym.