“Овог месеца пре сто година, 36-годишњи Алберт Ајнштајн стајао је у Берлину испред Пруске академије наука да би представио радикалну нову теорију о простору, времену и гравитацији,општу теорију релативности.

Општа теорија релативности је несумњиво Ајнштајново ремек-дело, теорија која открива функционисање универзума на највишем нивоу, која сажима у диван алгебарски израз све, од тога зашто јабуке падају са дрвета до зачетка времена и простора.

Мора да је 1915. године било узбудљиво бити физичар. Две нове идеје су окренуле ову науку наопачке. Једна од њих је била Ајнштајнова теорија релативности, а друга је вероватно била још револуционарнија – квантна механика, запањујуће чудан, а ипак невероватно успешан, нови начин разумевања микросвета, света атома и честица.

Током протеклог века, ове две идеје су потпуно промениле наше разумевање свемира. Управо захваљујући релативности и квантној механици научили смо од чега се састоји свемир, како је отпочео и како наставља да се развија. Сто година након тога, нашли смо се на новој прекретници у физици, али оно што је сада у питању је прилично другачије. У току неколико следећих година сазнаћемо да ли можемо да наставимо са продубљавањем нашег разумевања природе, или ћемо се можда, по први пут у научној историји, суочити са питањима на која не можемо одговорити, не због тога што немамо интелигенцију или технологију, већ зато што их не дозвољавају сами закони физике.

Ово је суштински проблем; универзум је претерано занимљив. Чини се да релативитет и квантна механика сугеришу да универзум треба да је досадно место. Треба да је мрачан, смртоносан и беживотан. Међутим, када се осврнемо око себе, видимо да живимо у универзуму препуном интересантних ствари, који врви од звезда, планета, дрвећа, веверица. На крају следи питање:зашто све ове интересантне ствари постоје? Зашто постоји нешто уместо ничега? Ова противречност је горући проблем у фундаменталној физици, а у следећих пар година ћемо можда сазнати да ли ћемо икада моћи да га решимо.

У основи овог проблема су два броја, два изузетно опасна броја. Ово су својства свемира која можемо измерити, а изузетно су опасна јер, ако би била другачија, чак и за најмању вредност,универзум каквим га познајемо не би постојао. Први од ова два броја је везан за откриће до кога се дошло на неколико километара од ове дворане, у ЦЕРН-у, месту на коме се налази ова машина,највећи научни уређај који је икада направила људска раса, Велики хадронски сударач (LHC). LHC покреће огромном брзином субатомске честице у прстену величине 27 километара,приближавајући им брзину кретања све више брзини светлости пре него што изазове њихов судар у џиновским детекторима честица. На дан 4. јула 2012. године, физичари у ЦЕРН-у су објавили светуда су приметили да се нова елементарна честица ствара приликом снажних судара у LHC-у, Хигсов бозон.

Ако сте пратили вести у то време, видели сте да се пуно физичара веома узбудило, заиста, и опроштено вам је ако сте помислили да се то догађа сваки пут када откријемо нову честицу. Па, то је донекле истина, али је Хигсов бозон баш посебан. Сви смо се узбудили јер проналажење Хигсовог бозона доказује постојање космичког енергетског поља. Можда имате проблем да замислите неко енергетско поље, али смо га сви ми доживели. Ако сте икада држали магнет близу парчета метала и осетили силу која вуче кроз празан простор, онда сте осетили дејство тог поља, а Хигсово поље је помало налик магнетном пољу, осим што има сталну вредност посвуда. Оно је свуда око нас управо. Не можемо га видети или дотаћи, али да не постоји, ни ми не бисмо постојали. Хигсово поље даје масу елементарним честицама које нас чине. Да не постоји, ове честице не би имале масу, ниједан атом се не би могао оформити и ми не бисмо постојали.

Међутим, постоји нешто веома мистериозно у вези са Хигсовим пољем. Релативност и квантна механика нам говоре да постоје 2 природна окружења, помало налик прекидачу. Треба да је искључен да би свуда у простору вредност била једнака нули, или треба да је укључен да има огромну вредност. У оба ова сценарија атоми не би постојали, па према томе ни све друге интересантне ствари које видимо у свом окружењу, у свемиру, не би постојале. У стварности, Хигсово поље је само малчице укључено, не као нулта вредност, већ као 10 000 трилиона пута слабије од своје потпуне вредности, налик прекидачу који се заглавио баш испред положаја за искључење, а та вредност је од суштинске важности. Ако би била само мало другачија, не би постојала физичка структура у универзуму.

Тако је ово први од два наша опасна броја, снага Хигсовог поља. Теоретичари су провели деценије покушавајући да разумеју зашто има овај чудни, пажљиво подешен број и дошли су до неких могућих објашњења. Имају имена која звуче сексипилно, као што је „суперсиметрија“ или „огромне додатне димензије“. Нећу залазити у детаље ових идеја сада, али је главна поента ово – ако би било која од њих објаснила ову чудно подешену вредност Хигсовог поља, онда би требало да видимо да се нове честице стварају у LHC-у, заједно са Хигсовим бозоном. До сада, међутим, нисмо видели да постоје.

Ипак, постоји чак још гори пример оваквог подешавања опасног броја, а овога пута долази са друге стране, из проучавања универзума при огромним удаљеностима. Једна од најважнијих последица Ајншајнове опште теорије релативности било је откриће да је универзум настао као убрзано проширење простора и времена пре 13,8 милијарди година, са Великим праском. Према раним верзијама теорије Великог праска, универзум се шири од тада, док гравитација постепено зауставља то ширење. Међутим, 1998. године, астрономи су открили запањујућу ствар да се ширење универзума заправо убрзава. Универзум све брже постаје све већи под дејством мистериозне одбојне силе под називом тамна енергија.

Е, сад, када год да чујете реч „тамно“ у физици, треба да постанете веома сумњичави јер то вероватно значи да не знамо о чему причамо.

(Смех)

Не знамо шта је тамна енергија, али је најбоља идеја да је то енергија самог празног простора,енергија вакуума. Ако користите добру стару квантну механику да схватите колико снажна тамна енергија треба бити, добићете потпуно запрепашћујућ резултат. Открићете да тамна енергија треба да је јача за десет на сто двадесети степен од енергије коју смо измерили у астрономији. То је јединица са 120 нула после ње. Овај број је толико вртоглаво велики да је немогуће замислити га.Често користимо реч „астрономски“ када причамо о великим бројевима. Чак ни то не важи у овом случају. Овај број је већи од било ког броја у астрономији. Он је хиљаду билиона билиона билиона пута већи него број атома у целокупном универзуму.

Дакле, то је прилично лоше предвиђање. Заправо, ово се назива најгорим предвиђањем у физици,а ово је више него пука теоретска чудноватост. Ако би тамна енергија била иоле приближне јачине,целокупни универзум би био искидан, звезде и галаксије се не би могле формирати, а ми не бисмо били овде. Тако је ово други од два опасна броја, јачина тамне енергије, а објашњење захтева још фантастичнији ниво финог подешавања од оног који смо видели код Хигсовог поља. Међутим, насупрот Хигсовом пољу, за овај број не постоји познато објашњење.

Нада је била у томе да би комплетна комбинација Ајнштајнове опште теорије релативитета, што је теорија универзума у великим размерама, са квантном механиком, теоријом универзума у малим размерама, могла дати решење. Сам Ајнштајн је већи део својих последњих година провео у јаловој потрази за јединственом теоријом физике, а физичари настављају рад на томе од тада.

Један од кандидата за јединствену теорију који највише обећава је теорија струна, а суштинска идеја је да, ако увећате елементарне честице које чине наш свет, заправо ћете видети да то уопште нису честице, већ мајушне вибрирајуће струне енергије, при чему свака фреквенција вибрације одговара различитој честици, помало налик музичким нотама на жици гитаре.

То је, дакле, прилично елегантан, скоро поетски начин гледања на свет, али има један катастрофални проблем. Испоставило се да теорија струна није уопште само једна теорија, већ цела скупина теорија. Процењено је, заправо, да постоји између 10 и 500 различитих верзија теорије струна. Свака описује различити универзум са различитим законима физике. Критичари кажу да теорија струна због тога није научна. Не можете оспорити ову теорију. Други су, међутим, окренули ово наопако и рекли: „Можда је ово што личи на неуспех заправо највећи тријумф теорије струна.“ Шта ако ових 10 до 500 различитих могућих универзума заправо постоји тамо негде у неком огромном мултиверзуму? Одједном можемо разумети ове чудно подешене вредности ова два опасна броја. У већем делу мултиверзума, тамна енергија је толико јака да је универзум растргнут, или је Хигсово поље толико слабо да се ниједан атом не може формирати.Ми живимо на једном од места у мултиверзуму где ова два броја имају одговарајућу вредност.Живимо у Златокосином универзуму.

Ова идеја је изузетно контроверзна, а лако је видети због чега је то тако. Ако пратимо овај начин размишљања, онда никада нећемо моћи да одговоримо на ово питање зашто постоји нешто уместо ничега. У већем делу свемира не постоји ништа, а ми живимо на једном од неколико местагде закони физике омогућавају постојање нечега. Још горе, не можемо проверити идеју о мултиверзуму. Не можемо доћи до ових других универзума, па не постоји начин да се сазна да ли постоје.

Дакле, налазимо се у позицији која изузетно фрустрира. То не значи да мултиверзум не постоји.Постоје друге планете, звезде, галаксије, па зашто не би постојали и други универзуми? Проблем је у томе што је мало вероватно да ћемо то икада засигурно знати. Е, сад, идеја о мултиверзуму постоји већ неко време, али у неколико последњих година почели смо да добијамо солидне наговештаје да се овакав начин размишљања може потврдити. Упркос постојању велике наде при првом покретању LHC-а, оно што смо тражили при томе… трагали смо за новим теоријама у физици, за суперсиметријом или огромним додатним димензијама, које би могле објаснити чудно подешену вредност Хигсовог поља. Међутим, иако је постојала велика нада, LHC је открио јалову субатомску дивљину насељену само усамљеним Хигсовим бозоном. Мој експеримент објављиван је у раду за радом, у којима смо суморно морали да закључимо да нема назнака о постојању нове физике.

Сада улози не могу бити виши. Овог лета, LHC је покренуо другу фазу операције уз скоро дуплирану енергију у односу на ону постигнуту при првом покретању. Физичари који се баве честицама очајнички се надају назнакама нових честица, микро црне рупе, или да ће можда нешто потпуно неочекивано проистећи из снажних судара у Великом хадронском сударачу. Ако би се то десило, могли бисмо наставити ово дуго путовање које је започето пре 100 година са Албертом Ајнштајном према још бољем разумевању природних закона.

Међутим, ако за 2 или 3 године, када се LHC поново, по други пут угаси на дуже време, не пронађемо ништа осим Хигсовог бозона, онда ћемо можда ући у нову еру за физику, у којој постоје чудне особине универзума које не можемо објаснити, еру у којој имамо наговештаје да живимо у мултиверзуму који се фрустрирајуће простире заувек ван нашег домашаја, еру у којој никада нећемо моћи да одговоримо на питање зашто постоји нешто уместо ничега.

Хвала вам.

(Аплауз)

12:02Бруно Ђузани: Хари, иако си управо рекао да наука можда нема неке одговоре, желим да ти поставим неколико питања, а прво је следеће: изградња нечега као што је LHC је пројекат једне генерације. Поменуо сам, док сам те представљао, да живимо у краткорочном свету. Како размишљаш дугорочно, истичући се из генерације, када градиш нешто као што је ово?

Хари Клиф: Имао сам среће да сам се придружио експерименту на ком радим на LHC-у 2008. године, баш док смо га покретали, а постоје људи у мојој истраживачкој групи који раде на томе три деценије; током читаве каријере на једној машини. Мислим да су се први разговори о LHC-у водили 1976. године, када су покренути планови о овој машини без постојања технологије, за коју знате да ће вам требати за изградњу. Компјутерска моћ није постојала у раним деведесетима, када је осмишљавање озбиљно почело. Један велики детектор који региструје ове сударе, а нису мислили да постоји технологија која би могла издржати зрачење које се ствара у LHC-у, па је, у суштини, постојао грумен олова усред овог уређаја са неким детекторима око спољашности, али смо касније развили технологију. Морате се ослонити на људску домишљатост, да ће они решити проблеме, али то се може десити и за деценију или више.

БЂ: Кина је најавила пре 2 или 3 недеље да намерава да изгради супер сударач два пута већи од LHC-а. Питао сам се како сте ти и твоје колеге реаговали на вести.

ХК: Није све у величини, Бруно. БЂ: Сигуран сам да је тако.

(Смех)

Звучи чудно када физичар честица то каже. Али озбиљно, мислим, то су сјајне вести. Стварање машине као што је LHC захтева од земаља широм света да уједине своје ресурсе. Ниједна нација не може да приушти изградњу овако велике машине, осим можда Кине, јер они могу да мобилишу огромну количину ресурса, људство и новац да изграде овакве машине. Ово је само добро. Они стварно планирају да изграде машину за детаљно проучавање Хигсовог бозона и која би нас навела да закључимо да ли нове идеје, као суперсиметрија, заиста постоје, те мислим да су то сјајне вести за физику.”, (1)

Референце

  1. https://www.ted.com/talks/harry_cliff_have_we_reached_the_end_of_physics/transcript?language=sr
Advertisements