V "Izračunu kozmosa" Ian Stewart predstavlja vznemirljiv vodnik po kozmosu, od našega osončja do celotnega vesolja. Začenši z babilonsko integracijo matematike v študij astronomije in kozmologije, Stewart izsledi evolucijo našega razumevanja kozmosa: kako so Keplerjevi zakoni gibanja planetov vodili Newtona k oblikovanju njegove teorije gravitacije. Kako sta dve stoletji pozneje drobne nepravilnosti v gibanju Marsa navdihnila Einsteina, da je razvil njegovo splošno teorijo relativnosti. Kako je pred osemdesetimi leti odkritje, da se vesolje širi, pripeljalo do razvoja teorije velikega poka o njenem izvoru. Kako je nastanek in razširitev z eno točko pripeljal kozmologe k teoretiziranju novih komponent vesolja, kot so inflacija, temna snov in temna energija. Toda ali inflacija razlaga strukturo današnjega vesolja? Ali temna snov dejansko obstaja? Ali lahko na poti stopi znanstvena revolucija, ki bo izzvala dolgotrajno znanstveno ortodoksijo in znova spremenila naše razumevanje vesolja? Spodaj je odlomek iz "Izračun kozmosa: Kako matematika razkriva vesolje" (Osnovne knjige, 2016).
Ta napredek raziskovanja in uporabe vesolja ni odvisen samo od pametne tehnologije, temveč tudi od dolge vrste znanstvenih odkritij, ki segajo vsaj v starodavni Babilon pred tri tisočletja. V središču teh napredkov je matematika. Inženiring je seveda ključnega pomena in potrebna so bila odkritja v mnogih drugih znanstvenih disciplinah, preden smo lahko izdelali potrebne materiale in jih sestavili v sondo delovnega prostora, vendar se bom osredotočil na to, kako je matematika izboljšala naše znanje o vesolju.
Zgodba o raziskovanju vesolja in zgodba o matematiki sta šla z roko v roki od najstarejših časov. Matematika se je izkazala za bistveno za razumevanje Sonca, Lune, planetov, zvezd in velikega števila povezanih predmetov, ki skupaj tvorijo kozmos - vesolje, ki ga obravnavamo v velikem obsegu. Tisoč let je bila matematika naša najučinkovitejša metoda razumevanja, zapisovanja in napovedovanja kozmičnih dogodkov. V nekaterih kulturah, na primer v stari Indiji okoli 500, je bila matematika podružnica astronomije. Nasprotno so astronomski pojavi že tri tisočletja vplivali na razvoj matematike, kar je navdihnilo vse, od babilonskih napovedi mrkov do preračunavanja, kaosa in ukrivljenosti vesolja.
Sprva je bila glavna astronomska vloga matematike beleženje opazovanj in izvajanje koristnih izračunov o pojavih, kot so sončni mrki, kjer Luna začasno zasenči Sonce ali lunarni mrki, kjer zemeljska senca zasenči Luno. Z razmišljanjem o geometriji osončja so astronomski pionirji spoznali, da Zemlja gre okrog Sonca, čeprav je od tu navzven videti obratno. Starodavni so opazovanja kombinirali tudi z geometrijo, da so ocenili velikost Zemlje in razdalje do Lune in Sonca.
Globlji astronomski vzorci so se začeli pojavljati okoli leta 1600, ko je Johannes Kepler v orbitah planetov odkril tri matematične zakonitosti - "zakone". Leta 1679 je Isaac Newton na novo interpretiral Keplerjeve zakone, da bi oblikoval ambiciozno teorijo, ki je opisovala ne le, kako se gibljejo planeti sončnega sistema, ampak gibanje kaj sistem nebesnih teles. To je bila njegova teorija gravitacije, eno osrednjih odkritij v njegovem spreminjanju sveta Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Matematična načela naravne filozofije). Newtonov zakon o gravitaciji opisuje, kako vsako telo v vesolju privlači vsako drugo telo.
Newton je s kombiniranjem gravitacije z drugimi matematičnimi zakoni o gibanju teles, ki jih je Galileo uvedel stoletje prej, razložil in napovedal številne nebesne pojave. Na splošno je spremenil, kako razmišljamo o naravnem svetu, in ustvaril znanstveno revolucijo, ki še danes napreduje. Newton je pokazal, da naravne pojave (pogosto) urejajo matematični vzorci, z razumevanjem teh vzorcev pa lahko izboljšamo naše razumevanje narave. V Newtonovi dobi so matematični zakoni razlagali, kaj se dogaja v nebesih, vendar niso imeli pomembne praktične uporabe, razen za plovbo.
***
Vse, kar se je spremenilo v času ZSSR Sputnik satelit je leta 1957 prišel v nizko Zemljino orbito in izstrelil štartno pištolo za vesoljsko dirko. Če gledate nogomet na satelitski televiziji - ali oper, komedij ali znanstvenih dokumentarnih filmov - iz Newtonovih vpogledov uživate v resničnem svetu.
Na začetku so njegovi uspehi privedli do pogleda na kozmos kot vesolje urnega kazalca, v katerem vse veličastno sledi potim, ki so jih postavili ob zori ustvarjanja. Na primer, veljalo je, da je sončni sistem ustvarjen v trenutnem stanju, pri čemer se isti planeti gibljejo po isti krožni orbiti. Res je, da se je vse vrtelo malo; napredek astronomskih opazovanj v tem obdobju je to jasno pokazal. Vendar je bilo razširjeno prepričanje, da se ni nič spremenilo, spremenilo ali se bo spremenilo na kakršen koli dramatičen način v neštetih eonih. V evropski religiji je bilo nepredstavljivo, da bi bilo v preteklosti Božje popolno stvarstvo lahko drugače. Mehaničistični pogled na pravilen, predvidljiv kozmos je vztrajal tristo let.
Nič več. Nedavne novosti v matematiki, kot je teorija kaosa, skupaj z današnjimi zmogljivimi računalniki, ki so sposobne krčiti ustrezne številke z neverjetno hitrostjo, so močno spremenile naše poglede na kozmos. Model urnega solarnega sistema ostaja veljaven v kratkem časovnem obdobju, v astronomiji pa je milijon let ponavadi krajši. Toda naše kozmično dvorišče je zdaj razkrito kot kraj, kjer so svetovi selili in volji selili z ene orbite na drugo. Da, obstajajo zelo dolga obdobja rednega vedenja, vendar jih občasno zaznamujejo skoki divjih dejavnosti. Tudi nespremenljivi zakoni, ki so privedli do pojma vesolje urnega kazalca, lahko povzročijo nenadne spremembe in zelo zmotno vedenje.
Scenariji, ki jih zdaj predvidevajo astronomi, so pogosto dramatični. Med nastajanjem sončnega sistema so na primer trčili celotni svetovi z apokaliptičnimi posledicami. Nekega dne bodo to v daljni prihodnosti verjetno spet storili: obstaja majhna možnost, da bosta živo srebro ali Venera obsojena, vendar ne vemo, katera. Lahko bi bili oboji in lahko bi nas vzeli s seboj. Eno takšnih trkov je verjetno privedlo do nastanka Lune. Sliši se kot nekaj iz znanstvene fantastike, in je ... toda najboljša, 'trda' znanstvena fantastika, v kateri samo fantastični novi izum presega znano znanost. Razen, da tukaj ni fantastičnega izuma, temveč samo nepričakovano matematično odkritje.
Matematika je sporočila naše razumevanje kozmosa v vseh merilih: izvor in gibanje Lune, gibanje in obliko planetov in njihovih spremljevalnih lun, zapletenosti asteroidov, kometov in predmetov Kuiperjevega pasu ter pošastni nebesni ples celotnega osončja. Naučil nas je, kako lahko interakcije z Jupitrom odletijo asteroide proti Marsu in od tod do Zemlje; zakaj Saturn ni sam v posedovanju obročev; kako so se začeli njeni obroči za začetek in zakaj se obnašajo tako kot pri njih, s pletenicami, valovanjem in čudnimi vrtečimi se "naperi". Pokazal nam je, kako lahko obročki planeta izpljunejo lune, vsako po eno.
Ura je ušla v ognjemet.
Izvleček iz "Izračun kozmosa: Kako matematika razkriva vesolje" avtorja Iana Stewarta. Copyright © 2016. Na voljo od Basic Books, odtis podjetja Perseus Books, LLC, podružnice Hachette Book Group, Inc. Vse pravice pridržane.
