Wielu historyków fizyki (no i przede wszystkim sami fizycy), uważa ,że teoria strun, lub superstrun jest najbardziej niezwykłą teorią nowożytnych nauk o przyrodzie. Jej niezwykłość nie polega na tym ,że od 40 lat (właśnie bieżący rok jest jubileuszowy !) tysiące utalentowanych młodych badaczy zajmuje się intensywnie jej rozwojem.Są to badacze, obdarzeni częstokroć potężną siłą wyobraźni i nie mniejszymi umiejętnościami w zakresie bardzo abstrakcyjnych i niewiarygodnie rozgałęzionych technik matematycznych. Nieustannie rozbudowują i powiększają zbiór twierdzeń o strukturze świata fizycznego, z których to twierdzeń mocą dedukcji otrzymują miliony hipotetycznych obiektów fizycznych z ich zaskakującymi własnościami, obiektów istniejących w zadziwiających, wielowymiarowych przestrzeniach.Porażająca niezwykłość przygody człowieka w światach wypełnionych superstrunami lub ich kompozycjami, polega na tym ,że z tej gigantycznej umysłowej pracy –jak do tej pory- nic nie wynikło i nie wynika dla empirycznej ,odkrywczej działalności laboratoryjnej fizyków. Nic, po prostu nic.Tło przyczynowe tego faktu, jest bardzo zagmatwane i diabelnie “podminowane” namiętnościami, które prowadzą do ciężkich wzajemnych oskarżeń (strunowcy vs. doświadczalnicy),lecz wojenną atmosferę tłumią czasami okrzyki radości: “już wiemy jak to z łatwością sprawdzić i co z pewnością zostanie wykryte, tylko zacznijcie to robić”.Zostawiając , dzień dzisiejszy rozległego i barwnego “struno-landu” na później, spróbuję zwięźle zrekonstruować historię narodzin teorii superstrun, w nadziei ,że niektórzy czytelnicy odważą się na medytację nad zagadkowymi momentami w rozwoju myśli człowieka usiłującego od wieków zgłębić tajemnice budowy i życia wszechświata (lub wszechświatów).Były to późne lata sześćdziesiąte ubiegłego wieku. Zatrudniłem się w zespole kilku fizyków w instytucie nie ściśle fizycznym (dokładnie pisząc - technicznym), jako nieopierzony stażysta. Czym zajmowaliśmy się dniem i nocą? Macierzami S ! A inni fizycy w kraju i za granicami, czym zajmowali się w tamtych latach? Macierzami S !Macierz S, to pewien obiekt matematyczny w postaci tablicy liczb lub funkcji, zwany inaczej macierzą rozpraszania ( scattering matrix ), który pozwala ustalić dokładny obraz rozpraszania określonych cząstek elementarnych na innych cząstkach. Pewne cząstki są rozpędzane jako pociski, inne stanowią tarcze, no i fascynujący jest wynik tych procesów; nowe stany i właściwości “aktorów” biorących udział w tym mikrospektaklu, a także pojawienie się nowych aktorów.Ktoś, kiedyś poglądowo przedstawił to, o czym piszę: w wyniku zderzenia dwóch rozpędzonych wozów -mercedesa i fiata – obok nich o zmienionej sylwetce (czyli pogruchotanych ) i torach ruchu, pojawia się kilkanaście nowiuśkich samochodów innych marek, rozjeżdżających się w różnych kierunkach. Przyznacie chyba, że wielu z nas byłoby miłośnikami takich zderzeń pojazdów: w wyniku, otrzymywać kilka nowych o atrakcyjnych markach.Macierz S działa jak maszynka: na wejściu wstawiasz funkcje falowe cząstek, które będą podlegać rozproszeniu, a na wyjściu otrzymujesz funkcje falowe cząstek rozproszonych.Macierz S może być rozwinięta w szereg funkcyjny, którego człony można przedstawić i analizować w poglądowy sposób za pomocą tzw. diagramów Feynmana.Proces budowy macierzy S dla danego rozproszenia (rozpadu) może rozpoczynać się od danych empirycznych uzyskanych z akceleratorów i wtedy zadaniem teoretyka jest odgadnięcie kształtu funkcji-członów rozwinięcia w szereg macierzy, a może być teoretyczny, kiedy funkcje-człony określające cząstki oddziaływujące ze sobą, są całkowicie hipotetyczne, po czym następuje weryfikacja doświadczalna przy wykorzystaniu akceleratora.Powyższe jest opowiedziane bardzo łatwo, ale wtedy dla mnie, stażysty, rozwiązywanie macierzy S dla konkretnego procesu oddziaływania określonych cząstek, to była droga uczenia się i to przez mękę. Mijały dni i noce krążenia wśród członów rozwinięcia macierzy S, formuły nie znikały z oczu wyobraźni i pamięci, a całość motywowana : a nuż mi się poszczęści i znajdę proces o dużym prawdopodobieństwie występowania , to doktorat mam w kieszeni.Każdy myślał o swojej pracy, śledzeniem natomiast komunikatów o tym, co dzieje się w innych ośrodkach badawczych, specjalnie nie zajmowaliśmy i dlatego wówczas nie wiedzieliśmy na co przypadkowo natrafili w CERN – ie ( Genewa),niezależnie od siebie Gabriele Veneziano [1] i Mahiko Suzuki.Przeglądając prace Leonarda Eulera, Veneziano spostrzegł funkcję Beta Eulera (inna nazwa- całka Eulera pierwszego rodzaju) zmiennych zespolonych ,która skojarzyła mu się z mechanizmu zderzenia dwóch mezonów “pi”. Proste wyliczenia potwierdziły zasadność tego skojarzenia. Stąd był tylko krok do przybliżonej metody ustalania teoretycznego rozwinięć dowolnego rzędu macierzy S. Tak powstał model Veneziano, kilku konkretnych oddziaływań silnych ,jako pierwsze przybliżenie rozwinięcia macierzy S.Prawie dwa lata później, Yoichiro Nambu z University of Chicago [2] odkrył ,że matematyczny model Veneziano może mieć zaskakującą interpretację fizyczną: to drgająca struna ! Od tego momentu fizycy zaczęli mówić ,że cząstki elementarne, to drgające struny ! W Warszawie trochę później, gdyż w tamtych latach jeszcze nie działał system www.archiv.org.W ciągu następnych kilku lat wprowadzono do modelu strunowego spin cząstek(John Schwarz, Caltech –1971, [3]), a w 1974 roku Michio Kaku z City University of New York [4] zbudował pierwszą strunową teorię pola w postaci jednego krótkiego równania, z którego otrzymać było można prawie wszystko, co dotyczy znanego wówczas, świata cząstek elementarnych.Dzięki temu mogła nastąpić większa precyzacja obrazu strunowego rzeczywistości atomowej. Cząstki przestały być punktami bezwymiarowymi(znikał koszmar nieskończoności !),energię drgań struny zinterpretowano jako masę cząstki, zderzenia strun miały ciekawe symetrie, wędrująca struna w czasoprzestrzeni zakreślała dwuwymiarową powierzchnię, co nie było bez znaczenia dla ogólnej teorii względności.Jednak prawdziwa bomba wybuchła, gdy okazało się (Claude Lovelace,1975),że model Veneziano jest tylko wtedy wewnętrznie idealny (niesprzeczny), o ile opisywany przez niego strunowy mikroświat ma 26 wymiarów ! Zaś nieco inny model (Neveu,Schwarz,1974) ma sens tylko - w czasoprzestrzeni dziesięciowymiarowej !W dotychczasowej historii fizyki tego nie było, by jakaś teoria żądała określoną ilość wymiarów, a przy nie spełnieniu tego żądania - robiła kolaps logiczny. Mechanika klasyczna i relatywistyczna mogą być sformułowane w dowolnej liczbie wymiarów.Tym samym teoria strun przykucnęła w obrębie SF, i aż do 1984 roku w fizyce oficjalnej była “non grata”.Narodziny idei strunowej rzeczywistości mikro, są jednak niezwykłe i opowieść o nich może fizykę postawić w interesującym świetle.Kontekst odkrycia w tej nauce, posiada bezsprzecznie niebagatelny element przypadku. Veneziano i Suzuki szperając w osiemnastowiecznej monografii geniusza Eulera, znaleźli wspaniały narzędzie matematyczne do opisu i analizy empirii wysokoenergetycznych procesów zderzeń i rozpadów jądrowych. Czyli o powstaniu teorii strun (i superstrun) zadecydował przypadek, a nie ukierunkowany proces twórczy.Jest to jednak specjalny i osobliwy przypadek, gdyż wydarza się nie przypadkowym osobom i nie w przypadkowym momencie. Właściwie pojawia się on na końcu bardzo długiego i wyczerpującego procesu twórczego.Procesu rozmyślań, prób budowy, analiz rozmaitych hipotez roboczych ,żmudnych i błądzących rachunków i obliczeń a wszystko w atmosferze koncentracji uwagi, napięcia i siły woli zwycięstwa.Przypadkowość wielkiego odkrycia, zmieniającego postęp nauki, może być interpretowana jako nagroda Natury dla tego ,który w stadium fascinatum, zatraca się całkowicie i oddaje celowi swej drogi życia. Namiętność poznania, Eros poznania, wymusza na Naturze akt odsłonięcia , pożądany przez badacza, chociaż nieoczekiwany.Michał Faraday - jak sam pisze w dzienniku- przypadkowo odkrywa zjawisko indukcji elektromagnetycznej, ale przecież ten przypadek wydarzył się po kilkuletnich ,żmudnych i wytrwałych próbach eksperymentalnych uzyskania odpowiedzi na własne pytanie: czy za pomocą magnetyzmu można wytworzyć prąd elektryczny?Czy możemy sobie wiernie odtworzyć stany i procesy wewnętrzne Faradaya, które poprzedzały pojawienie się przypadku? Owe łańcuchy kluczeń, nawrotów, rezygnacji i zwątpienia, godziny zaniku sił psychicznych, woli i uporu, a może wielokrotne decyzje zaprzestania badań, uznania się za pokonanego w tajemnych zmaganiach z niewidzialną istotą Natury ?Frank Wilczek, noblista, odkrywca mechanizmu oddziaływań jądrowych (silnych), w opisie swoich zmagań twórczych zmierzających do odgadnięcia tego mechanizmu ,nazwanego później “asymptotyczną swobodą kolorowych kwarków i oktetu gluonowego”, zmagań w którym przypadkowe wydarzenia odegrały dużą rolę, użył zaskakującego stwierdzenia: to nie on odkrył tę teorię, tylko “asymptotyczna swoboda odkryła moją osobę” [5].Czyżby tak miało być ,że “ wybrańcy bogów” są poszukiwaniu przez Naturę, by ona mogła przed nimi odsłonić swe tajemne sekrety w akcie, który leniwy umysł uznaje za “przypadek”? Literatura[1]G.Veneziano, Nuovo Cimento,57 A,s.190,(1968)[2] Y.Nambu, Proceddings of the International Conference on Symmetrics,and Quark Models,University of Chicago,1970,s.269[3]J.Schwarz, String Theory,in Current Sciences,81(12), 2001,,s.1547-1553[4] M.Kaku, Wszechświaty równoległe,Warszawa,2007,s.182-237[5]F.Wilczek,B.Devine,W poszukiwaniu harmonii,Warszawa,2007,s.218-234
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Kultura
