|
Jak działa Wszechświat?
Opowieść ta poświęcona jest pewnemu zagadnieniu, które zaprzątało naukę od czasów starożytnych: czym są elementarne cegiełki materii? Grecki filozof Demokryt najmniejszą cząstkę materii nazwał atomos (co dosłownie znaczy „niemożliwy do podzielenia”). Nie chodzi tu o te atomy, o których uczą na lekcjach chemii: wodór, hel, lit i inne, aż do uranu i jeszcze dalej. Wedle dzisiejszych kryteriów (i według kryteriów Demokryta) atomy to duże i niezgrabne twory. Dla fizyka, a i dla chemika także, taki atom to prawdziwy śmietnik pełen mniejszych cząstek: elektronów, protonów i neutronów. Z kolei protony i neutrony są jak gdyby wiaderkami pełnymi jeszcze innych stworków. Dlatego podstawowym składnikiem materii jest a-tom Demokryta, a nie atom nauczyciela chemii.
Materia, którą widzimy dziś wokół siebie, jest złożona. Istnieje około stu chemicznych atomów. Można obliczyć liczbę użytecznych kombinacji tych atomów – jest ona ogromna: miliardy miliardów. Niektóre rodzaje układów atomów, zwane cząsteczkami, natura wykorzystała do budowy planet, słońc, gór, wirusów, gotówki, aspiryny, agentów literackich i innych pożytecznych rzeczy. Ale nie zawsze tak było. W najwcześniejszych momentach, tuż po stworzeniu Wszechświata w Wielkim Wybuchu, nie istniała złożona materia, jaką znamy obecnie. Nie było żadnych jąder, żadnych atomów, niczego, co składałoby się z prostszych składników. A to dlatego, że straszliwa temperatura panująca w nowo narodzonym Wszechświecie nie pozwalała na formowanie się żadnych złożonych obiektów. Jeśli takie powstawały w wyniku zderzeń, natychmiast z powrotem ulegały rozkładowi na najbardziej elementarne składniki. Istniał wtedy zapewne jeden rodzaj cząstek i jedno oddziaływanie (a może nawet jedno zunifikowane cząstko-oddziaływanie) oraz prawa fizyki. W tej pierwotnej jedności tkwiły zarodki złożoności świata, w którym na drodze ewolucji pojawili się ludzie, możliwe, że przede wszystkim po to, by myśleć o tych sprawach. Ten pierwotny Wszechświat może się komuś wydać nudnym, ale dla fizyka cząstek elementarnych – to były czasy! Cóż za prostota i piękno, nawet jeśli tylko mgliście i niedoskonale potrafimy je sobie wyobrazić.
Początki nauki
Jeszcze przed naszym bohaterem, Demokrytem, żyli inni greccy filozofowie, którzy próbowali wyjaśniać świat za pomocą racjonalnej argumentacji i rygorystycznie oddzielali od niej przesądy, mity i podania o boskich interwencjach. Trzeba przyznać, że przesądy, mity i podania pełniły ważną rolę w próbach znalezienia sobie miejsca w świecie pełnym wzbudzających grozę i najwyraźniej przypadkowych zjawisk. Jednak Grecy byli także pod silnym wrażeniem dającej się zauważyć regularności: powtarzalność dnia i nocy, pór roku, działania ognia, wiatru i wody. Już przed 650 r. p.n.e. w rejonie śródziemnomorskim dysponowano imponującą techniką. Wiedziano, jak dokonywać pomiarów lądu, jak żeglować wedle gwiazd. Znano wyrafinowane procesy metalurgiczne, wkrótce też zgromadzono szczegółową wiedzę dotyczącą położeń gwiazd i planet, która pozwalała na konstruowanie kalendarzy i formułowanie przewidywań. Wytwarzano zgrabne narzędzia oraz delikatne tkaniny, a wyroby ceramiczne miały kunsztowne kształty i zdobienia.
Na zachodnim wybrzeżu regionu zwanego dziś Turcją, w jednej z kolonii greckiego świata, gwarnym Milecie, po raz pierwszy wyrażono przekonanie, że pod powierzchnią widocznej złożoności świat jest prosty i że do prostoty tej można dotrzeć za pomocą logicznego rozumowania. Mniej więcej dwieście lat później Demokryt zaproponował atomos jako klucz, który miał umożliwić dotarcie do prostoty świata. I tak rozpoczęły się poszukiwania.
Fizyka wywodzi się z astronomii, gdyż najdawniejsi filozofowie z podziwem spoglądali na rozgwieżdżone niebo i poszukiwali logicznych modeli, które pozwoliłyby wyjaśnić konfiguracje gwiazd, ruchy planet oraz wschody i zachody Słońca. Z czasem uczeni zaczęli kierować swe zainteresowania ku Ziemi. Obserwacje zachodzących tu zjawisk – jabłek spadających z jabłoni, lotu strzały, rytmicznego ruchu wahadła, kierunków wiatrów i pływów morskich – pozwoliły sformułować zestaw „praw fizyki”.
Rozkwit fizyki przypadł na okres renesansu, kiedy (około roku 1500) stała się oddzielną i wyraźnie określoną dziedziną nauki. Z biegiem czasu i w miarę wzrastania naszych zdolności obserwacyjnych – wynalezienie mikroskopu, teleskopu, pomp próżniowych, zegarów i innych tym podobnych przyrządów – odkrywano coraz więcej zjawisk, które można opisać skrupulatnie notując liczby, zestawiając tabele i kreśląc wykresy. Wykonując te czynności, można z triumfem zauważyć, że zjawiska przebiegają w zgodzie z matematyką.
Na początku XX wieku atomy stanowiły granicę świata zbadanego przez fizykę, a w latach czterdziestych wysiłki badaczy skupiały się już na jądrze. Stopniowo coraz więcej zjawisk poddawało się obserwacjom. Dzięki wciąż doskonalonym przyrządom mogliśmy jeszcze dokładniej oglądać coraz mniejsze obiekty. Nowe obserwacje i pomiary stanowiły punkt wyjścia dla tworzonych syntez – zwartych podsumowań tego, co udało się zrozumieć. Każdy znaczący krok naprzód powodował powstanie nowej specjalizacji w obrębie fizyki. Niektórzy podążali „redukcjonistyczną” drogą w kierunku dziedzin jądrowych i subjądrowych, podczas gdy inni wybierali ścieżkę wiodącą do pełniejszego zrozumienia atomów (fizyka atomowa), cząsteczek (fizyka molekularna i chemia), jąder atomowych (fizyka jądrowa) i tak dalej.
(...)
Biblioteka materii
Kiedy opowiadam o fizyce cząstek elementarnych, często korzystam z uroczej metafory (trochę ją przy tym modyfikuję), której autorem jest Lukrecjusz, rzymski poeta i filozof. Przypuśćmy, że mamy za zadanie odkryć najbardziej elementarne składniki biblioteki. Jak się do tego zabrać? Moglibyśmy najpierw pomyśleć o podziale książek ze względu na rozmaite kategorie tematyczne: historia, nauki ścisłe, biografie itp. A może posortowalibyśmy je wedle rozmiaru: grube, cienkie, duże, małe. Rozważywszy wiele podobnych sposobów klasyfikacji, doszlibyśmy do wniosku, że książki są złożonymi obiektami i że łatwo można dokonać ich dalszego podziału. Zaglądamy więc do środka książki. Szybko rezygnujemy z podziału, którego kryterium stanowiłyby rozdziały, ustępy czy zdania, gdyż one same są złożonymi i nieeleganckimi składnikami. Słowa! Przypominamy sobie w tym momencie, że na stole przy wejściu leży gruby katalog zawierający wszystkie słowa występujące w bibliotece – słownik. Przestrzegając określonych reguł postępowania, zwanych gramatyką, możemy używać słów ze słownika, by zrekonstruować wszystkie książki znajdujące się w bibliotece. W każdej z nich te same słowa są używane i dopasowywane do siebie na różne sposoby. Ale słów jest tak wiele! Głębszy namysł doprowadziłby nas do liter, bo przecież słowa z nich się składają. No, wreszcie znaleźliśmy! Trzydzieści trzy litery pozwalają na stworzenie dziesiątków tysięcy słów, z których można złożyć miliony (miliardy?) książek. Musimy teraz wprowadzić dodatkowy zestaw reguł – ortografię – by ograniczyć ilość możliwych kombinacji liter. Gdyby nie wtrącił się w tym miejscu młodociany krytyk, moglibyśmy nawet próbować przedwcześnie opublikować nasze odkrycie. Młody krytyk powiedziałby, niewątpliwie wielce z siebie zadowolony: „Nie potrzebujesz aż tylu liter, dziadku, zero i jeden w zupełności wystarczą”. Dziś dzieci są już od kołyski otoczone cyfrowymi zabawkami i algorytmy komputerowe, zamieniające zera i jedynki na litery alfabetu, nie sprawiają im kłopotu. Jeśli jesteś na to za stary, drogi Czytelniku, to – być może – jesteś dość stary, by pamiętać alfabet Morse'a, złożony z kropek i kresek. Tak czy owak, mamy teraz następujący układ: zera i jedynki (albo kropki i kreski) wraz ze stosownym kodem, pozwalającym na utworzenie 33 liter, ortografię dla łączenia ich w słowa należące do słownika, gramatykę, by słowa układać w zdania, ustępy, rozdziały i wreszcie książki. A książki składają się na bibliotekę.
Jeśli nie ma już powodu poszukiwać głębszej struktury zera i jedynki, to znaczy, że odkryliśmy pierwotne, a-tomowe składniki biblioteki. W tym niedoskonałym porównaniu biblioteka przedstawia Wszechświat: gramatyka, ortografia i algorytm to siły przyrody, a zero i jeden to tak zwane kwarki i leptony, czyli nasi obecni kandydaci do miana demokrytejskich a-tomów. Wszystkie te składniki są, oczywiście, niewidoczne.
Kwarki i Papież
Dama z audytorium była nieustępliwa. „Czy kiedykolwiek widział pan jakiś atom?” – nalegała. Pytanie to, choć irytujące, jest w pełni zrozumiałe dla kogoś, kto zżył się z obiektywną realnością atomów. Bez trudu potrafię sobie wyobrazić ich wewnętrzną strukturę. Mogę przywołać obraz rozmytej chmury „obecności” elektronu, otaczającej maleńką kropeczkę jądra, które przyciąga do siebie ów mglisty obłok elektronowy. Te myślowe obrazy nie wyglądają jednakowo u różnych uczonych, ponieważ konstruują je na własny użytek na podstawie równań matematycznych. Takie matematyczne recepty nie są szczególnie pomocne, jeśli chodzi o zaspokojenie naszej zwykłej, ludzkiej potrzeby stworzenia sobie poglądowego wyobrażenia. Ale mimo to możemy „zobaczyć” atomy, protony, a nawet kwarki.
Próby odpowiedzi na podobne pytania zawsze zaczynam od określenia znaczenia słowa „widzieć”. Czy „widzisz” tę stronę, jeśli nosisz okulary? A gdy patrzysz na mikrofilm? Albo na kserokopię (okradając mnie przy tym z honorarium)? Gdy patrzysz na tekst na ekranie komputera? I wreszcie zdesperowany pytam: „Czy widziała Pani kiedykolwiek papieża?”
Odpowiedź zazwyczaj brzmi: „Oczywiście, widziałam go w telewizji”. Czyżby? Wszystko, co ta Pani widziała, to wiązkę elektronów padających na pomalowaną fosforem wewnętrzną powierzchnię ekranu. Dowody na istnienie atomu czy kwarka, jakimi dysponuję, są co najmniej równie dobre. Jakie dowody? Ślady cząstek w komorze pęcherzykowej. W akceleratorze znajdującym się w Fermilabie „odłamki” ze zderzeń protonów z antyprotonami są elektronicznie przechwytywane przez trzypiętrowy detektor wart 60 milionów dolarów. Tu „dowody” i „obraz” zbierane są przez dziesiątki tysięcy czujników wytwarzających impuls elektryczny, gdy przelatuje obok nich cząstka. Wszystkie te impulsy przekazywane są setkami tysięcy przewodów do elektronicznych urządzeń przetwarzających dane. Wreszcie na zwojach taśmy magnetycznej powstaje zapis zakodowany w postaci zer i jedynek. Na taśmach tych zarejestrowane są gwałtowne zderzenia protonów z antyprotonami, w których wyniku może powstać aż do siedemdziesięciu cząstek odlatujących w różne rejony detektora.
Nauka, a zwłaszcza fizyka cząstek elementarnych, nabiera zaufania do własnych wniosków, gdy możliwe jest powtórzenie wyników, które do nich doprowadziły. To znaczy, jeśli dane pochodzące z eksperymentu przeprowadzonego w Kalifornii są zgodne z danymi otrzymanymi z akceleratora innego typu, znajdującego się w Genewie. Także w sam eksperyment wbudowuje się sprawdziany i testy mające zapewnić, że urządzenie funkcjonuje tak, jak zaplanowano. Taką pewność można osiągnąć w wyniku długiego i skomplikowanego procesu, w rezultacie badań prowadzonych od dziesięcioleci.
A jednak fizyka cząstek elementarnych przerasta wyobraźnię wielu ludzi. Nieustępliwa dama w audytorium nie jest odosobniona w swym zdumieniu, że oto cała banda uczonych ugania się za maleńkimi, niewidocznymi obiektami. Spróbujmy zatem uciec się do kolejnej metafory...
Niewidzialna piłka
Wyobraźmy sobie rasę inteligentnych mieszkańców planety Twilo. Wyglądają mniej więcej tak jak my, mówią podobnie do nas. Robią wszystko tak jak ludzie, z jedną tylko niewielką różnicą. Mają pewną szczególną wadę wzroku. Nie dostrzegają biało-czarnych obiektów. Nie widzą na przykład zebry ani koszulek sędziów na meczach hokejowych, ani piłki do gry w piłkę nożną. Pragnę tu zaznaczyć, że nie jest to jakaś niezwykła usterka. Ziemianie są jeszcze dziwniejsi. My mamy dwa dosłownie ślepe punkty mieszczące się w centrum pola widzenia. Nie widzimy tych dziur tylko dlatego, że mózg nauczył się ekstrapolować informacje pochodzące z całego pola widzenia: „zgaduje”, co powinno być w tym miejscu, i w ten sposób zapełnia brakujące fragmenty. Ludzie mkną autostradą z prędkością 160 km/h, dokonują chirurgicznych operacji mózgu, żonglują płonącymi pochodniami, chociaż część tego, co widzą, to – może i trafne – ale przecież tylko przypuszczenie.
Załóżmy więc, że na Ziemię przylatuje delegacja Twiloan z misją pokojową. Aby zapoznać ich z naszą kulturą, pokazujemy im między innymi jedno z najbardziej popularnych na naszej planecie wydarzeń: finałowy mecz piłki nożnej Mistrzostw Świata. Naturalnie, nie zdajemy sobie sprawy z tego, że nasi goście nie widzą biało-czarnej piłki. Siedzą zatem na trybunach, a ich twarze mają uprzejmy, acz nieco skonsternowany wyraz. Oglądają, jak gromada ludzi w krótkich spodenkach biega po boisku w tę i z powrotem, wymachując bez sensu nogami, wpadając na siebie i nierzadko się wywracając. Co jakiś czas jeden z nich dmucha w gwizdek, a wówczas któryś z graczy biegnie do linii bocznej boiska i unosi obie ręce nad głowę, inni zaś mu się przyglądają. A już zupełnie rzadko bramkarz z nie wyjaśnionych przyczyn wywraca się na ziemię, zgromadzeni widzowie okazują wielką radość i czasem przyznaje się punkt jednej z drużyn.
Przez jakieś piętnaście minut Twiloanie siedzą zupełnie skonsternowani, potem dla zabicia czasu próbują zrozumieć zasady gry, która się przed nimi toczy. Niektórzy zajmują się klasyfikacją obserwowanych zdarzeń. Dedukują – częściowo na podstawie ubiorów graczy – że na boisku są dwa zespoły. Rejestrują ruchy graczy i odkrywają, że każdy z nich porusza się w określonym rejonie boiska. Stwierdzają, że różni gracze wykonują różne rodzaje ruchów. By nieco uporządkować swoje poszukiwania, Twiloanie, podobnie jak ludzie w analogicznej sytuacji, nadają nazwy poszczególnym pozycjom zajmowanym przez graczy. Następnie te pozycje kategoryzują i porównują, po czym w ogromnej tabeli zestawiają wszystkie odkryte cechy każdej z pozycji. Gdy Twiloanie odkrywają, że mają do czynienia z pewną symetrią: każdej pozycji w zespole A odpowiada kontrpozycja w zespole B, dochodzi do poważnego przełomu w ich rozważaniach.
Na dwie minuty przed końcem meczu Twiloanie mają tuziny wykresów, setki tabel i opisów oraz nieprzeliczone mnóstwo skomplikowanych reguł rządzących meczami piłki nożnej. I choć reguły te na swój ograniczony sposób mogą być poprawne, to żadna z nich nie ujmuje istoty gry. I wtedy właśnie pewien twiloański żółtodziób, siedzący dotąd cicho, mówi nieśmiało: „Przypuśćmy, że istnieje niewidoczna piłka”.
– Co takiego? – pytają starsi Twiloanie.
Podczas gdy starsi obserwowali to, co zdawało się wiązać z istotą gry – ruchy piłkarzy i oznaczenia boiska – żółtodziób wypatrywał rzadkich zdarzeń. I udało mu się: na moment przed tym, jak sędzia przyznawał punkt jednej z drużyn, i na ułamek sekundy przed wybuchem dzikiej radości na trybunach, młody Twiloanin dostrzegł trwające przez krótki moment wybrzuszenie siatki bramki. W czasie meczu piłki nożnej zazwyczaj nie pada wiele goli, toteż można zaobserwować niewiele takich wybrzuszeń, a każde z nich trwa tylko przez moment. Mimo to żółtodziobowi udało się dostrzec, że mają one półkolisty kształt. Stąd właśnie wzięła się jego szaleńcza konkluzja, że mecz piłki nożnej wymaga istnienia niewidzialnej (przynajmniej dla Twiloan) piłki.
Reszta delegacji wysłuchuje tej teorii i choć dowody empiryczne są niewystarczające, po dłuższej dyskusji przyznają, że młodzian może mieć rację. Starszy dyplomata w grupie – jak się okazuje fizyk – stwierdza, że rzadko występujące zdarzenia wnoszą czasem znacznie więcej niż tysiąc powszednich. Ale ostateczny i niepodważalny argument sprowadza się do tego, że piłka po prostu musi być. Przyjęcie, że istnieje piłka, której z niewiadomych przyczyn nie można zobaczyć, powoduje, że nagle wszystko zaczyna się układać w logiczną całość. Gra nabiera sensu. Mało tego, wszystkie teorie, wykresy, diagramy i zestawienia sporządzone w ciągu tego popołudnia pozostają ważne. Piłka po prostu nadaje regułom sens.
Ta rozbudowana metafora ma zastosowanie dla wielu zagadek fizycznych, a szczególnie pasuje do fizyki cząstek elementarnych. Nie możemy zrozumieć reguł (praw przyrody), nie znając obiektów (piłka), a bez wiary w logiczny zestaw reguł nigdy nie zdołalibyśmy wydedukować istnienia wszystkich cząstek.
Piramida nauk
Mówimy tu o nauce i o fizyce, więc zanim ruszymy dalej, spróbujmy uściślić parę terminów. Kim jest fizyk i jak to, czym się zajmuje, ma się do wielkiego schematu nauk?
Istnieje wyraźna hierarchia dyscyplin naukowych, choć nie jest to uszeregowanie ze względu na wartość społeczną czy nawet wymagania intelektualne. Frederick Turner, humanista z Uniwersytetu Stanu Teksas, wyraził tę myśl nieco bardziej elokwentnie. Istnieje, jak mówi, piramida nauk. U jej podstawy znajduje się matematyka. Nie dlatego, że jest bardziej abstrakcyjna czy elegancka od innych, ale z tego powodu, że nie potrzebuje żadnych innych dziedzin i z nich nie korzysta. Natomiast fizyka, następna warstwa piramidy, jest uzależniona od matematyki. Wyżej tkwi chemia, która opiera się na osiągnięciach fizyki. W tym, trzeba przyznać, uproszczonym schemacie fizyka nie zajmuje się prawami rządzącymi chemią. Chemicy na przykład badają, w jaki sposób atomy łączą się w cząsteczki i jak te ostatnie się zachowują, gdy znajdą się blisko siebie. Oddziaływania między atomami są skomplikowane, ale ostatecznie sprowadzają się do praw przyciągania i odpychania między elektrycznie naładowanymi cząstkami, czyli do fizyki. Dalej mamy biologię, która czerpie z osiągnięć chemii i fizyki. Granice między wyższymi piętrami piramidy robią się coraz bardziej rozmyte i nieokreślone. Gdy dochodzimy do fizjologii, medycyny i psychologii, pierwotna hierarchia ulega rozmyciu. Na pograniczach nauk znajdują się dziedziny pośrednie: fizyka matematyczna, chemia fizyczna, biofizyka. Astronomię muszę jakoś wcisnąć do fizyki i nie mam pojęcia, co zrobić z geofizyką czy neurofizjologią. Stare powiedzonko pozwala następująco określić piramidę nauki: fizycy odpowiadają tylko przed matematykami, a matematycy – tylko przed Bogiem (choć pewnie nie byłoby łatwo znaleźć aż tak pokornego matematyka).
Eksperymentatorzy i teoretycy: farmerzy, świnie i trufle
Wszystkich fizyków zajmujących się cząstkami elementarnymi możemy podzielić na teoretyków i eksperymentatorów, zwanych także doświadczalnikami. Ja należę do tych ostatnich. Cała fizyka rozwija się dzięki współpracy i wzajemnemu oddziaływaniu tych dwóch grup. W tym odwiecznym miłosno-nienawistnym związku między teorią a eksperymentem trwa swego rodzaju rywalizacja. Ile ważnych odkryć eksperymentalnych zostało przewidzianych przez teorię? Ile zdarzyło się niespodzianek? Na przykład istnienie dodatnio naładowanego elektronu – pozytonu – zostało przewidziane przez teorię, podobnie jak piony, antyprotony i neutrina. Z kolei mion, taon i ypsilon stanowiły dla fizyków niespodziankę. Na podstawie bardziej dogłębnej analizy dochodzimy do wniosku, że wynik tego śmiesznego współzawodnictwa jest z grubsza remisowy, ale któż by to liczył...
Eksperyment oznacza obserwację i pomiar. Wymaga stworzenia specjalnych warunków, zapewniających dokonanie najbardziej owocnych obserwacji i precyzyjnych pomiarów. Starożytni Grecy i współcześni astronomowie mieli ten sam wspólny problem: brak wpływu na zjawiska, które obserwują. Dawni Grecy nie mogli albo nie chcieli tego robić. Zupełnie satysfakcjonowało ich prowadzenie obserwacji. Astronomowie natomiast zapewne byliby szczęśliwi, gdyby mogli rąbnąć jedną gwiazdą o drugą albo, jeszcze lepiej, zderzyć ze sobą dwie galaktyki. Niestety, nie mają jeszcze takich możliwości i na razie muszą się zadowolić doskonaleniem metod obserwacji. Ale my mamy mnóstwo sposobów obserwowania własności naszych cząstek.
Dzięki akceleratorom możemy zaprojektować eksperymenty mające na celu znalezienie nowych cząstek. Możemy sterować cząstkami tak, by padały na jądra atomowe, i odczytywać pojawiające się w następstwie zderzeń odchylenia ich torów w ten sam sposób, w jaki specjaliści od kultury mykeńskiej rozszyfrowują pismo linearne – jeśli tylko zdołamy złamać kod. Produkujemy cząstki, a potem je obserwujemy, by zobaczyć, jakie mają własności.
Istnienie nowej cząstki można uznać za przewidziane wtedy, gdy wynika ono z syntezy dostępnych danych dokonanej przez jakiegoś bystrego teoretyka. Najczęściej okazuje się, że nowa cząstka nie istnieje i uszczerbek ponosi ta konkretna teoria. Czy odejdzie w niepamięć, czy też nie, zależy głównie od odporności i wytrwałości teoretyka. Rzecz w tym, że wykonuje się dwa rodzaje eksperymentów: takie, które mają dostarczyć danych potwierdzających teorię, i takie, które mają badać nowe, nieznane obszary. Oczywiście, zazwyczaj najwięcej zabawy jest z obalaniem teorii. Jak to kiedyś napisał Thomas Huxley: „Wielka tragedia nauki – piękna hipoteza ginie uśmiercona przez brzydki fakt”. Dobre teorie wyjaśniają to, co już jest wiadome, i przewidują rezultaty przyszłych eksperymentów. Wzajemne oddziaływanie teorii i eksperymentu to jedna z wielu radości, jakich dostarcza fizyka cząstek elementarnych.
Niektórzy z wybitnych eksperymentatorów – na przykład Galileusz, Kirchhoff, Faraday, Ampère, Hertz, Thomsonowie (J. J. i G. P.) oraz Rutherford – byli także wcale kompetentnymi teoretykami. Ale eksperymentator-teoretyk to ginący gatunek. W naszych czasach chlubnym wyjątkiem był Enrico Fermi. I. I. Rabi wyraził kiedyś swą troskę z powodu pogłębiającej się przepaści między specjalizacjami w fizyce, mówiąc, że europejscy doświadczalnicy nie potrafią dodać słupka liczb, a teoretycy nie są w stanie zasznurować sobie butów. Obecnie mamy więc dwie grupy fizyków, którym przyświeca wspólny cel – zrozumienie Wszechświata – ale różniące się znacznie światopoglądem, umiejętnościami i stylem pracy. Teoretycy późno przychodzą do pracy, uczęszczają na wyczerpujące sympozja gdzieś na wyspach greckich lub alpejskich szczytach, biorą prawdziwe urlopy, znacznie częściej przychodzą do domu na tyle wcześnie, by jeszcze zdążyć wynieść śmieci. Mają tendencję do zamartwiania się bezsennością. Podobno pewien teoretyk skarżył się lekarzowi: „Doktorze, proszę mi pomóc! Śpię dobrze całą noc, rankiem jest nie najgorzej, ale po południu nie mogę zmrużyć oka”. Takie zachowanie dało początek niesprawiedliwej charakterystyce, zawartej w książce The Leisure of the Theory Class, bestsellerze Thorsteina Veblena.
Doświadczalnicy nie przychodzą późno do pracy – oni po prostu nie zdążyli pójść do domu. W okresie intensywnej pracy laboratoryjnej świat zewnętrzny przestaje dla nich istnieć i bez reszty oddają się badaniom. Sypiają wtedy, gdy mają godzinę czasu, by zwinąć się w kłębek gdzieś na podłodze koło akceleratora. Teoretyk może przeżyć całe życie nie doznając intelektualnych wyzwań stojących przed eksperymentatorem, nie doświadczając żadnych wzruszeń i niebezpieczeństw: dźwigu przenoszącego nad głową dziesięciotonowy ładunek, migających czaszek i piszczeli, napisów: „Uwaga! Promieniowanie!” Jedyne prawdziwe niebezpieczeństwo, jakie zagraża teoretykowi podczas pracy, wiąże się z tym, że może się on dźgnąć ołówkiem, kiedy atakuje robala wypełzającego z obliczeń. Moja postawa wobec teoretyków to mieszanina zazdrości i strachu, lecz także szacunku i tkliwości. Teoretycy są autorami wszystkich najpopularniejszych książek o fizyce: Heinz Pagels, Frank Wilczek, Stephen Hawking, Richard Feynman i inni. Zresztą, czemuż by nie? Mają przecież tyle wolnego czasu... Teoretycy bywają aroganccy. Podczas mych rządów w Fermilabie uroczyście ostrzegałem naszą grupę teoretyków, by nie zachowywali się arogancko. Przynajmniej jeden z nich poważnie potraktował moje słowa. Nigdy nie zapomnę przypadkiem usłyszanej modlitwy unoszącej się z jego gabinetu: „Boże, proszę, przebacz mi mój grzech arogancji. Przez arogancję rozumiem...”
Teoretycy, podobnie jak wielu innych naukowców, bywają dziko, czasem absurdalnie przejęci rywalizacją. Inni z kolei są pełni wewnętrznego spokoju; rozgrywki, w które angażują się zwykli śmiertelnicy, wyraźnie ich nie dotyczą. Enrico Fermi jest tego klasycznym przykładem. Ten wielki włoski fizyk nigdy nie dał poznać po sobie, że rywalizacja ma dla niego jakiekolwiek znaczenie. Podczas gdy przeciętny fizyk powiedziałby: „My zrobiliśmy to pierwsi”, Fermi chciał tylko poznać szczegóły. Jednak kiedyś na plaży na Long Island, niedaleko laboratorium w Brookhaven, pokazałem mu, jak potrafię modelować realistyczne posągi z wilgotnego piasku. Natychmiast zaproponował, byśmy urządzili zawody, kto zrobi piękniejszy akt leżący. (Odmawiam podania rezultatów. Ocena zależy od tego, czy jest się zwolennikiem śródziemnomorskiej szkoły rzeźbiarskiej czy szkoły z Pelham Bay*). {* Część nowojorskiej dzielnicy Bronx (przyp. tłum.).}
Pewnego razu, gdy uczestniczyłem w jakiejś konferencji, spotkałem Fermiego w kolejce po obiad. Będąc pod ogromnym wrażeniem obecności wielkiego człowieka, zapytałem go, co sądzi o przedstawionych właśnie danych dotyczących cząstki K–zero–dwa. Przyglądał mi się przez chwilę, a potem rzekł: „Młody człowieku, gdybym potrafił zapamiętać te wszystkie nazwy, zostałbym botanikiem”. Wielu fizyków powtarzało tę historyjkę, ale to mi się ona przydarzyła. Teoretycy bywają pełnymi ciepła i entuzjazmu istotami, z którymi eksperymentatorzy (my, prości hydraulicy i elektrycy) uwielbiają prowadzić konwersacje i od nich się uczyć. Miałem wielkie szczęście wieść długie rozmowy z niektórymi wybitnymi teoretykami naszych czasów – z Richardem Feynmanem, z jego kolegą z California Institute of Technology (czyli Caltech) Murrayem Gell-Mannem, z arcyteksańczykiem Stevenem Weinbergiem i moim rywalem żartownisiem Shellym Glashowem. James Bjorken, Martinus Veltman, Mary Gaillard i T. D. Lee to inni wielcy, z którymi miałem przyjemność przebywać, uczyć się od nich i wspólnie z nimi się wygłupiać. Znaczna część moich eksperymentów została zainspirowana przez artykuły tych uczonych i rozmowy, które z nimi odbyłem. Zdarzają się także znacznie mniej przyjemni w obejściu teoretycy. Ich geniusz zmącony jest dziwnym brakiem poczucia bezpieczeństwa. Na ich widok chce się zawołać tak, jak Salieri w filmie Amadeusz: „Dlaczego, Boże, zamknąłeś tak znakomitego kompozytora w ciele kretyna?”
Teoretycy zazwyczaj osiągają szczytową formę w bardzo młodym wieku; ich soki twórcze, jak się zdaje, tryskają bardzo wcześnie i zaczynają wysychać po piętnastym roku życia. Zapewne muszą wiedzieć tyle, ile trzeba; w młodym wieku nie mają jeszcze zbędnego balastu intelektualnego.
Niewątpliwie teoretykom niezasłużenie przypisuje się część zasług za dokonanie pewnych odkryć. Sekwencję „teoretyk, eksperymentator, odkrycie” porównywano czasem do sekwencji „farmer, świnia, trufle”. Farmer prowadzi świnię w okolice, gdzie, być może, rosną trufle. Świnia wytrwale ich szuka, wreszcie znajduje, a gdy zamierza je pożreć, farmer zabiera je dla siebie.
>>>
Cała książka (tekst jak w wersji papierowej 562 strony) znajduje się pod adresem:
|
