Lisa Randall to najsłynniejsza kobieta pośród współczesnych fizyków teoretycznych, rozpoznawalna w mediach amerykańskich gwiazda nauki. Zasłużony szacunek zdobyła za badania nad cząstkami elementarnymi, w szczególności za opracowanie jednego ze strunowych modeli Wszechświata. W mediach występuje, jako niezmordowana popularyzatorka badań podstawowych. To jej trzecia książka dostępna po polsku. Z tak wyrobioną marką mogła sobie pozwolić kilka lat temu na wysunięcie dość rewolucyjnej koncepcji powiązania wyginięcia dinozaurów z ciemną materią. Tego tematu dotyczy właśnie "Ciemna materia i dinozaury".

To bardzo niestandardowa książka z dwóch powodów. Po pierwsze temat jest nowatorski, a nie za często bieżące problemy naukowe stają się dostępne dla nie-fachowców tak szybko. Ponadto zakres tematyczny sprawia, że jest to bardzo interdyscyplinarna praca. Astrofizyka planetarna i galaktyczna, fizyka cząstek elementarnych, geologia, paleobiologia i kosmologia, to nauki obecne w prezentowanej książce.
Główny cel, czyli połączenie w przyczynę-skutek tytułowych słów to spekulacja, o czym autorka uczciwie informuje. Ta nowatorska hipoteza stanowi bowiem prowokację do opowiedzenia fascynujących historii o ciemnej materii i wpływie komet oraz meteoroidów na egzystencję ziemskich stworzeń.

Za trwającą do dziś rewolucję w kosmologii odpowiadają odkrycia zapoczątkowane ćwierć wieku temu. Ustalenia te świadczą jednoznacznie, że cała dotychczas znana materia (gwiazdy, planety, mgławice, rośliny, atomy budujące ludzi) stanowią zaledwie 5% tego, co istnieje we Wszechświecie. Kolejne 25% to ciemna materia, a reszta opisana jest enigmatycznie, jako ciemna energia. Jeszcze niedawno sądziliśmy, że materia którą znamy jest wszystkim, ale okazało się, że to tylko 1/20 tego, co jest!

Na początku profesor Randall bardzo interesująco opisuje aktualnie obowiązującą teorię powstania Wszechświata, tzw. model Wielkiego Wybuchu (str. 61-84) . Bardzo intuicyjnie i obrazowo przybliża trudne pojęcia - inflację, bariogenezę i nukleosyntezę pierwotną (procesy, z których wyłoniły się atomy) czy powstanie mikrofalowego promieniowania tła. Wstępny przegląd kosmologii współczesnej kończy przybliżeniem czytelnikowi, jak doszło do utworzenia struktur we Wszechświecie (galaktyk i gwiazd). Oczywiście autorka najwięcej miejsca poświęca na opisanie ciemnej materii. Czemu ona musi istnieć, mimo, że jej nie widzimy? Jakie przesłanki potwierdzają jej istnienie (str. 34-42) ? Jakie są proponowane koncepcje fizyczne jej pochodzenia (str. 358-374) ? Jakie są najbliższe plany eksperymentalne, które mogą dopomóc w odsłonięciu jej tajemnic (str. 376-394)? Miliardy cząstek tej ciemnej materii przelatują w sekundę przez nasze ciało, a my niemal nic o nich nie wiemy!

W kolejnych rozdziałach opisuje krótko historię uformowania się Układu Słonecznego, budującej go menażerii obiektów, ze szczególnym zaakcentowaniem drobnych ciał, czyli asteroid (zwanych planetoidami), komet i meteoroidów. Przy okazji, sama nie będąc astronomem zawodowym, biadoli (wcale się jej nie dziwię) nad pokręconym słownictwem stosowanym do systematyki ciał niebieskich i sporami wykluczającymi Plutona z grona planet (str. 109-119). Opisuje historyczne katastrofy, które wywołały komety czy meteoroidy. Wyjaśnia, skąd się biorą meteoryty (resztki po meteoroidach na ziemi). Analizuje, co nam może aktualnie zagrażać i jakie są szanse, że przetrwamy taki kataklizm. Wspomina również fascynujący i nierozstrzygnięty dylemat o pochodzenie życia i wody na Ziemi. Czy to ziemskie wytwory, czy może przyniesione z kosmosu? Ta druga opcja jest o tyle prawdopodobna, że w meteorytach wykryto aminokwasy (str. 143) i całą długą listę innych związków węgla. Autorka opisuje jeden z najważniejszych eksperymentów sprzed 60-ciu lat, gdzie naukowcy w kolbie z wodą, metanem, amoniakiem i wodorem, dzięki wyładowaniom elektrycznym, odtworzyli warunki pierwotnej Ziemi i 'wyhodowali' aminokwasy (str. 291).
Dla ciekawych jest również świetny, niemal poklatkowy opis procesu uderzenia skały z kosmosu w grunt i tworzenie krateru (str. 205).

Środkowa część książki, to dywagacje paleobiologiczne i geologiczne, w których Randall opisuje wszystkie większe masowe wymierania zwierząt w ciągu ostatnich 600 mln. lat. Pokazuje, w jaki sposób jest możliwe datowanie tych katastrof kosmicznych za pomocą izotopu irydu. Dowodzi, że dziś już jest niemal pewne, że wielki krater na Jukatanie, to pozostałość po upadku komety, która 66 milionów lat temu sprawiła zagładę dinozaurów. Należy pamiętać, że tym 'kosmicznym zabójcom' zawdzięczamy również większość cięższych pierwiastków, które wydobywamy z gruntu, a które nie zdążyły grawitacyjnie opaść do wnętrza skorupy (str. 307).

Przegląd elementów układanki, przed końcowymi zaskakującymi wnioskami, Randall uzupełnia o opisanie sposobu, w jaki komety z tzw. obłoku Oorta (sferycznej chmury brył okrążających Słońce wielokrotnie dalej niż czyni to Ziemia) trafiają w nasze okolice, wywołując zadziwienie pięknym warkoczem, a czasem siejąc zniszczenie. Okazuje się, że musi być zewnętrzny czynnik, zaburzający grawitacyjnie spokój tych skał, który co ok. 30 milionów lat popycha je ku Słońcu (str. 328-350).

W końcowych fragmentach Randall pokazuje, że do wyjaśnienia pewnych obserwowanych efektów w naszej Galaktyce, Drodze Mlecznej, można wprowadzić dysk z ciemna materią, która jak cienki naleśnik koegzystuje ze zwykłą materią i miedzy innymi omiata Słońce. To ten dysk, w wyniku zmian w grawitacji miałaby odpowiadać za okresowe zaburzenia w obłoku Oorta i pojawianie się intensywne komet w okolicy Ziemi raz na 30-35 milionów lat podczas słonecznej podróży wokół jądra Galaktyki. Akurat takiemu przejściu Układu Słonecznego przez dysk ciemnej materii, miałoby towarzyszyć wybicie z orbity jednej z uśpionych komet, która wpadając na orbitę kolizyjną z Ziemią, doprowadziła do wyginięcia zauropodów 66 milionów lat temu. Jest to właśnie ta kluczowa spekulacja, stanowiąca sedno aktualnej pracy fizyczki. Całość dywagacji zgrabnie zbiera w krótkim rozdziale (str. 454-456).

Jak subtelna jest praca detektywistyczna naukowca, może świadczyć chociażby podsumowanie czynników, które w układance modelu autorki, muszą się zgrać. Chodzi o dokładność datowania skał meteorytowych, pomiary pozycji Słońca względem płaszczyzny Galaktyki, szacunki rozmiaru i składu obłoku Oorta, odpowiednie parametry ciemniej materii. To wszystko oparte jest o teoretyczne wyliczenia, badania doświadczalne i wciąż napływające nowe dane z licznych instrumentów na Ziemi i w kosmosie (str. 459-460). Te puzzle są możliwe do ułożenia tylko wtedy, gdy wiele osób wykonując swoją pracę jak najlepiej potrafi, dzieli się wynikami z resztą naukowców. Randall akcentuje kluczową rolę tworzonych zespołów w ostatecznym sukcesie współczesnej nauki.

Opis zjawisk dostępnych zmysłami, to ciężka praca na granicy możliwości intelektualnych człowieka. Jednak kolejne pokolenia naukowców stojąc na 'ramionach' poprzedników, mają szanse dołożyć kolejne cegiełki do zrozumienia tego, co jest. Pośród wielu potencjalnie cytatów, które to świetnie oddają, wybrałem jeden (str. 480):

"Cząstki ciemniej materii utworzyły skupiska, które dały początek galaktykom; ciężkie pierwiastki powstałe w gwiazdach stały się częścią organizmów żywych; energia uwalniana głęboko w płaszczu Ziemi w procesie rozpadu promieniotwórczego napędza ruch skorupy ziemskiej, dzięki któremu powstały góry. Fakt, że potrafimy robić postępy w rozumieniu takich głębokich związków istniejących we Wszechświecie, jest moim zdaniem naprawdę inspirujący. Za każdym razem, gdy uczeni badają granice znanego nam świata, odkrywają coś nieoczekiwanego"

Świetna, interdyscyplinarna i pełna kobiecego spojrzenia na naukę, praca. Szczerze polecam.

Dla niezdecydowanych (i lubiących angielski język), czy warto czytać "Ciemna materię i dinozaury", polecam krótki (godzina lekcyjna plus pytania z sali) popularny wykład, o tym samym tytule co książka, dostępny w internecie. Świetnie autorka zreferowała wszystkie idee poruszane w pracy. Idealna zachęta do lektury!

ERRATA
W polskiej wersji na wykresie na stronie 189 są niepoprawne podpisy pod osią poziomą (powinno być: 'rozmiary liniowe obiektu').

Lisa Randall to najsłynniejsza kobieta pośród współczesnych fizyków teoretycznych, rozpoznawalna w mediach amerykańskich gwiazda nauki. Zasłużony szacunek zdobyła za badania nad cząstkami elementarnymi, w szczególności za opracowanie jednego ze strunowych modeli Wszechświata. W mediach występuje, jako niezmordowana popularyzatorka badań podstawowych. To jej trzecia książka...