Jau XIX a. gamtos
mokslų sričių mokslininkų (ypač fizikų) manė, jog jau mokslas praktiškai išsisėmė
t.y. jog jau tuoj priartės prie ribos, kuomet nedaug ką tegalės atrasti, jog
viskas iš esmės jau išrasta. Pavyzdžiui, XX a. Trečiame dešimtmetyje Fermis
teigė, jog fizikoje tuoj viskas bus aišku taip lyg geografijoje.
Šį tekstą aš
pavadinau „ant bajerio“ dėl to, kad ruošiuosi tik pacituoti knygos „Trumpa
istorija beveik apie viską“ kelis paragrafus netgi apie tai ką fizikai
nagrinėja dvidešimt pirmame amžiuje! Tai bus apie tuos fizikus, kurie nagrinėja procesus vykstančius dalelių
greitintuvuose. Parašyta tikrai juokingai ir, tiesą sakant, net susidaro
įspūdis, jog mums būtinai reikia šio amžiaus Einšteino. Na , galbūt, nebūtinai
su pypke dantyse ir įelektrintais plaukais, bet tokio, kuris sugebėtų tos
srities mokslą „pastūmėti“, nes šiandien (tiktai mano supratimu) yra kalbama
apie hipotezes, kuriomis lopomos žinių spragos. Kitaip sakant, dabar kaip
niekad anksčiau, tų lopo ant lopo dengimas, yra išaugęs. Tačiau mikrofizikos
dėsnių pasaulyje, tų atradimų padaryta kaip niekad daug. Užtenka vien tik
paminėti, jog dabar egzistuoja (dirba LHC) netgi antimaterijos fizikų. Taigi čia
jau kalbame apie visiškai kitą „dimensiją“.
Na, o jei jau
prakalbau čia apie dimensijas, tai, ta proga, norėčiau, jog jūs paskaitytumėte,
mano minėtos knygos aukščiau, nurašytas citatas. Jos skamba juokingai jas pirmą
kart (ir ne tik :D) išgirdus, man derėtų išreikšti gilią užuojautą tiems
nuoširdiems jauniems fizikams, kurie šias teorijas stengiasi suprasti labai
nuosekliai (kitaip sakant, nori šį dalyką išsiaiškinti iš esmės) ir kur
kiekvieną dieną įvyksta vis kažkas naujo ir, galbūt bėgant metams, tos teorijos
kinta. Na, turbūt, sudėtingiausia būtų tas atvejis, jei pasirodytų, jog tos
pagrindinės teorijos, laikančios kitas teorijas, būtų klaidingos :D
Bill Bryson: „Trumpa
istorija beveik apie viską“ XIX skirsnis 11 skyriaus dalis
„(...) Sukūrę
galingesnius ir sudėtingesnius įrengimus, fizikai pradėjo atrasti ir akalbėti
apie nesuskaičiuojamą daugybę dalelių arba dalelių grupių: niuonų (tokių neradau:), pionų, hiperonų,
mezonų, k mezonų, higsobozonų, tarpinių/vektorinių bozonų, barionų, tachionų. Netgi
patiems fizikams pasidarė truputį nejauku.
Kai kartą
vienas studentas paklausė Enrico Fermi kaip vadinasi tam tikra dalelė, šis
atsakė: „Jaunuoli, jei galėčiau prisiminti visų tų dalelių vardus – aš būčiau
botanikas.“
Šiandien
greitintuvų pavadinimai skamba taip, lyg Flesh‘as Gordon‘as (atleiskit jei išgirdau neteisingai :D)
vartotų juos kovos lauke: superprotonų sinchrotronas, didysis
elektronų/pozitronų kolaideris, didysis hadronų kolaideris, reliatyvistinis
sunkiųjų jonų kolaideris.
Naudodami,
didžiulius energijos kiekius (kai kurie tų prietaisų veikia tik naktimis, kad
žmonės, gretimuose miestuose, nematytų nuo aparatų nusidriekusios pašvaistės)
jie gali įsukti daleles tiek, kad mažiau nei per 1 s. Elektronas galėtų 47
tūkst kartų apskrieti 7 km tunelį. Kilo būgštavimų, kad entuziazmo pagauti
mokslininkai gali sukurti juodąją skylę arba net vadinamuosius keistuosius
kvarkus, kurie teoriškai galėtų sąveikauti su kitomis subatominėmis dalelėmis ir
nekontroliuojamai sklisti. Tai, kad jūs dabar čia apie tai skaitote, reiškia, kad
taip nenutiko.
Norint atrasti
daleles reikia labai susikoncentruoti. Jos ne tik labai mažos ir greitos. Erzina
jų trumpalaikiškumas: dalelės gali atsirasti ir dingti per 10 ^(- 24) s. Net ir pačios „nerangiausios“
iš tų nestabilių dalelių išlieka kaip 10^(-7) s. Kai kurios dalelės yra nepaprastai
„slidžios“: kas sekundę Žemę „aplanko“ 10 tūkst trln^(..) mažiausių ir
neturinčių savo masės neutrinų (kurie
dažniausiai yra branduolinių reakcijų saulėje padarinys) ir visi jie
prasiskverbia pro mūsų planetą (...) taip lyg mūsų žemėje ir nebūtų.
Tam, kad
sučiuptų bent keletą tų dalelių mokslininkai turi paruošti talpas su 57
tūkstanč kubinių metrų vandens (t.y. vandens su sunkiuoju vandeniliu) ir
laikyti po žeme, paprastai senose šachtose, kad nepaveiktų jokie kiti
radiacijos tipai. Praskriedamas neutrinas gali atsitiktinai atsitrenkti vieną
iš atomo branduolių vandenyje ir sukelti energijos miniatiūrinę „energijos
kibirkštį“. Taip atsitinka labai retai. Mokslininkai skaičiuoja tas kibirkštis
skaičiuoja ir, tokiu būdu, mes labai iš lėto mokomės suvokti pagrindinių
visatos savybių paslaptis.
1998 m. japonų
stebėtojai pranešė, kad neutrinai, vis dėlto, turi masę, bet labai nedidelę:
lygią, maždaug, 1/10 mln. elektrono masės dalies.
Šiandien
ieškant šių dalelių labiausiai reikia pinigų ir nemažų. Šiuolaikinėje fizikoje
egzistuoja keistai atvirkščias proporcingumas tarp ieškomo dalyko mažumo ir jo
nustatymui reikalingos įrangos bei lėšų dydžio. CERN (Europos branduolinių
tyrimų organizacija) yra panaši į nedidelį miestą, išsidėsčiusią abipus Prancūzijos
ir Šveicarijos sienos, ji samdo 3000 darbuotojų ir užima kvadratiniais
kilometrais matuojamą teritoriją. CERN didžiuojasi serija magnetų, kurie sveria
daugiau negu Eifelio bokštas ir požeminiu tuneliu, juosiančiu 26 km teritoriją.
Pasak James‘o
Trefil‘o, suskaldyti atomą yra lengva: net ir mes tai darome, kai kiekvieną
kartą įjungiame fluorescencinę lempą. Bet norint „suskaldyti“ atomo branduolius
reikia daug pinigų ir labai daug elektros energijos. Pasiekus kvarkų lygmenį (daleles,
sudarančias dalelytes) reikia dar daugiau energijos: trilijonų voltų įtampos ir
vienos nedidelės Centrinės Amerikos valstybės meto biudžeto lėšų. CERN,
Naujasis didysis hadronų kolaideris (LHC), kuris turi pradėti veikti 2005 –
aisiais, pasieks iki 14 trln. Voltų įtampą, o jo statybos viršys 1,5 mlrd. JAV
dolerių.
[...] Dalelių
fizika, kitaip tariant, yra be galo brangi veikla, bet duoda daug apčiuopiamų
rezultatų. Šiandien jau žinoma, gerokai daugiau nei 150 dalelių ir
prognozuojama, kad jų gali būti dar apie 100, bet, deja, pasak Richard‘o
Feynman‘o yra labai sunku suprasti ryšius tarp šių dalelių. kokiam tikslui
gamta jas sukūrė ir kaip jos viena su kita siejasi? Kiekvieną kartą, kai
atidarome skrynią, neišvengiamai randame kitą užrakintą skrynią jos viduje. Yra
manančių, kad egzistuoja dalelės, vadinamos tachionais, kurios keliauja
greičiau už šviesą; kiti norėtų surasti gravitonus – gravitacijos pamatą. Nelengva
pasakyti, kada pasieksime tą tašką, kai toliau dalelių skaidyti bus
nebeįmanoma.
Karlas
Saganas, knygoje „Kosmosas“, daro prielaidą, jog pasiekus elektrono vidų, gali
paaiškėti, jog jame slypi sava visata, apie tai jau kalba daugybė XX a. 6 –
ajame dešimtmetyje parašytų mokslinės fantastikos knygų. Elektrono viduje slypi
daug mažesnių elementariųjų dalelių, išsidėsčiusių pagal savų galaktikų ar kitų
mažesnių vienetų principus ir tos dalelės pačios yra visatos aukštesniame
lygmenyje ir šitaip tęsiasi be galo nesibaigiančios regresijos būdu: vienos
visatos kitose visatose ir lygiai tas pats einant didėjančių struktūrinių
vienetų kryptimi.
Daugeliui mūsų
tai yra nesuvokiamas pasaulis. Skaitant netgi gana paprastą šiuolaikinės
dalelių fizikos vadovą, tenka brautis pro specialios leksikos tankmę, panašiai
kaip šioje citatoje: „įelektrintas pionas ir antipionas skyla į atitinkamai
viena mioną su antineutrinu ir vieną antiomioną su neutrinu vidutiniškai per
2,603 * 10(-8) s. Neutralusis pionas skyla į du fotonus vidutiniškai per
8*(10-17) s. O tas mionas ir antimionas atitinkamai skyla į ....“ Ir visa tai
paimta iš knygos, skirtos eiliniam skaitytojui, kurią parašė Steven‘as Leimberg‘as
- vienas iš aiškiausiai mokslo klausimais rašančių specialistų.
XX a. 7 –
ajame dešimtmetyje, norėdamas viską šiek tiek supaprastinti Caltech fizikas Murray‘us
Gell-Mann‘as išrado naują dalelių rūšį ir padarė tiesiog norėdamas sumažinti tą
daugybę „hadronų“ (šiuo vienu pavadinimu fizikai vadina protonus, neutronus ir
kitas daleles, kurias valdo stipri branduolinė sąveika). Pagal Gel-Mann‘o
teoriją, visus hadronus sudaro dar mažesnės dalelės. Jo kolega (Richard‘as
Feynman‘as) norėjo pavadinti šias naująsias pamatines daleles partonais, bet
jam nepavyko – šios dalelės dabar vadinamos kvarkais. (...)
Dėl kvarkų
paprastumo džiūgauta neilgai. Geriau ištyrinėjus, juos teko suskirstyti į
porūšius. Nors kvarkai per maži, kad turėtų tokias mūsų atpažįstamas fizines
savybes kaip spalva ar skonis, jie buvo suskirstyti į 6 kategorijas:
kylantieji, krintantieji, keistieji, žavieji, šaunieji, gelminiai; kurias
fizikai keistai vadina „skoniais“. O toliau skirstoma į tris spalvas: raudoną,
žalią ir mėlyną. Kyla įtarimų, kad ne visiškai atsitiktinai šie pavadinimai
buvo sugalvoti Kalifornijoje psichodelinio meno klestėjimo laikotarpiu.
Galiausiai, iš
viso to, išsirutuliojo standartinis modelis, kuris, iš esmės, yra detalių
rinkinys subatominio pasaulio dalelėms sudaryti. Šį standartinį modelį sudaro:
6 kvarkai, 6 leptonai, 5 jau žinomi bozonai ir spėjamas 6 – asis – Higso bozonas.
Be to 3 fizinės jėgos: stiprioji ir silpnoji branduolinė sąveikos ir
elektromagnetinė jėga. Standartinio modelio struktūra tokia: kvarkai yra
pagrindinė medžiaga: juos visus kartu laiko glionai. Kvarkai ir glionai kartu
sudaro protonus ir neutronus (atomo branduolio medžiagą). Leptonai yra elektronų
ir neutrinų šaltinis. Kvarkai ir leptonai, kartu paėmus, vadinami fermionais. Bozonai
– tai dalelės, sukeliančios ir pernešančios jėgą. Bozonus sudaro: fotonai ir
glionai. Higso bozonas gal egzistuoja, o gal ir ne (įrodyta jau kad taip). Jis buvo sugalvotas tiesiog norint suteikti
dalelėms masę.
Kaip matote,
vaizdas šiek tiek gremėzdiškas, bet tai yra pats paprasčiausias modelis, kuris
paaiškina kas dedasi dalelių pasaulyje.
Leon‘as
Lederman‘as (1985 – aisiais) televizijos dokumentiniame filme pasakė, jog
daugelis dalelių fiziką nagrinėjančių mokslininkų jaučia, jog standartiniam
modeliui trūksta „elegancijos“ ir paprastumo: „Jis per daug sudėtingas. Jis turi
per daug savavališkai įvestų parametrų. Juk mums neatrodo, kad kūrėjas būtų
sukinėjęs 20 rankenėlių, norėdamas nustatyti 20 parametrų tam, kad sukurtų
visatą būtent tokią, kokią pažįstame.“ Iš tikrųjų, fizika siekia visiško
paprastumo, bet tai, ką turime, yra tiesiog savotiškai „elegantiška netvarka“
arba, kaip sakė Lederman‘as: „gilus suvokimas, kad vaizdas yra negražus“.
Standartinis
modelis yra ne tik gremėzdiškas, bet ir ne visas. Pavyzdžiui, jis nieko
nepasako apie gravitaciją: naršyk kiek tik nori po visą standartinį modelį, bet
niekas tau nepaaiškins kodėl padėjus skrybėlę ant stalo ji nepakyla iki lubų. Standartinis
modelis taip pat nepaaiškina kodėl atsiranda masė. Norėdami, kad dalelės tą
masę apskritai turėtų, turime įsivesti spėjamąjį Higso bozoną. Ir tik XXI a. Fizika
atskleis ar ta dalelė tikrai egzistuoja (na,
dabar jau po atliktų LHC bandymų, mokslininkai teigia, jog egzistuoja). Kaip
yra pajuokavęs Richard‘as Feynman‘as: „mes esame įklimpę į teoriją ir nežinome
ar ji yra teisinga, ar klaidinga. Bet tikrai žinome, kad ji šiek tiek klaidinga
arba bent jau nepilna.“
Stengdamiesi
viską susieti fizikai sugalvojo vadinamąją supergijų teoriją. Pagal ją, visos
tos mažosios dalelės (tokios kaip kvarkai ir leptonai, kurie anksčiau buvo
laikomi dalelėmis), iš tikrųjų, yra tik gijos, „vibruojantys energijos siūlai“,
kurių virpėjimas matuojamas 11 matmenų (dimensijų) iš kurių 3 mums jau yra žinomi,
taip pat laikas ir dar 7 dydžiai, kurie mums, sakykime, yra kol kas nepažinūs.
Įvedus
papildomas dimensijas, supergijų teorija įgalina fizikams kvantų teorijas ir
gravitacijos teorijos dėsningumus sujungti į vieną sąlyginai tvarkingą
struktūrą. (...) štai kaip vienas fizikas aiškina visatos struktūrą iš
supergijų teorijos pozicijų: „Nevienalytė gija, susideda iš vienos uždaros
gijos, kuriai būdingi du vibracijų tipai: pagal laikrodžio rodyklę ir prieš
laikrodžio rodyklę ir jie yra skirtingi. Vibracijos pagal laikrodžio rodyklę
egzistuoja erdvėje, turinčios 10 dimensijų. Vibracijos prieš laikrodžio rodyklę
egzistuoja erdvėje, kuris turi 26 dimensijas iš kurių 16 yra suspaustos į
bendrą visumą. Prisiminkime, kad Kalūzos
pirminiame penkių dimensijų modelyje, penktoji dimensija buvo kompaktiškai
suspausta į apskritimą. ..“ Ir šitaip jis prirašo 350 puslapių.
Gijų teorija
pagimdė vadinamąją M teoriją, kuri aprėpia membranomis vadinamus paviršius ir
tai sudaro naują fizikos pasaulio esmę. Čia, manau, ir yra ta stotelė žinių
greitkelyje, kurioje daugeliui mūsų reikia išlipti. Štai kokiu sakiniu New York
Times eiliniam skaitytojui tą paaiškina kiek įmanoma paprasčiau: „Ekpirotinis
procesas prasideda tolimoje ir neapibrėžtoje praeityje tuščiai plokščių
luobelių porai atsidūrus iškreiptoje 5 dimensijų erdvėje. Tos dvi luobelės, iš
kurių susidaro 5 – osios dimensijos sienos, galėjo atsirasti iš tokio nieko
kaip kvantinė fliuktuacija, likusi dar tolimesnėje praeityje. Paskui tos dvi
luobelės išsiskyrė kuri sau.“ Nenuginčyjama ir nesuprantama.
Fizikos reikalai
yra pasiekę tokį lygį, kad kaip žurnale „Nature“ rašė Paul‘as Davies‘as: „Paprastam
žmogui darosi beveik neįmanoma atskirti kur yra logiškas keistumas, o kur
tiesiog beprotystė.“ Ši problema įdomią kulminaciją pasiekė 2002 – ųjų metų
rudenį, kuomet du prancūzų fizikai (ir broliai dvyniai) Igoris ir Grishka
Bogdanovai, sukūrė savotišką teoriją, kuri operuoja tokiomis sąvokomis kaip „menamas
laikas“ ir „kubo Švingerio Martino sąlyga“ ir bando apibūdinti niekinę visatos
būseną prieš didįjį sprogimą – t.y. tą periodą, kuris buvo laikomas nepažiniu,
nes jis buvo anksčiau nei atsirado tyrinėjimai. Beveik iškarto Bogdanovų
teorija tarp fizikų sukėlė diskusijas: ar tai paistalai, ar pokštas, ar
genialus atradimas.