Ispovijesti

JE LI NA POMOLU KRAJ TEORIJSKE FIZIKE?

A OVIM STRANICAMA želim razmotriti mogućnosti dostizanja cilja teorijske fizike u ne tako dalekoj budućnosti: recimo pri kraju stoljeća. Pod tim podrazumijevam neku potpunu, dosljednu i jedinstvenu teoriju fizičkih međudjelovanja, koja bi teorija opisivala sva moguća promatranja. Dakako, kad se daju takva predviđanja treba biti vrlo oprezan. Već smo najmanje dvaput bili pomislili da smo se našli na pragu konačne sinteze.

Početkom ovog stoljeća vjerovalo se da se sve može razumjeti pomoću mehanike kontinuuma. Sve što je bilo potrebno bilo je izmjeriti neke brojeve, koeficijente elastičnosti, viskoznosti, vodljivosti i tako dalje. Ova je nada zasjenjena otkrićem građe atoma i kvantnom mehanikom. Zatim, kasnijih dvadesetih godina ovoga stoljeća, Max Born je skupini znanstvenika u posjetu Gottingenu bio rekao da “je s fizikom kakvu poznamo za šest mjeseci gotovo.”

To je rečeno kratko nakon otkrića Diracove jednadžbe, Paula Diraca, ranijeg nositelja ove iste katedre. Diracova jednadžba upravlja ponašanjem elektrona. Bilo se očeki-. valo da će neka slična jednadžba upravljati protonom, jedinom drugom, navodno elementarnom, česticom poznatom u to doba. Međutim, otkriće neutrona i nuklearnih sila izdalo je te nade. Mi zapravo danas znamo da ni proton ni neutron nisu elementarni već da su građeni od još sitnijih čestica.

Ipak, velik je napredak postignut tijekom posljednjih godina, i kao što ću opisati ovdje, postoje neki temelji za oprezni optimizam da će se možda ugledati neka potpuna teorija još unutar životnoga vijeka nekih od onih koji čitaju ove stranice. Čak i ako dosegnemo potpunu jedinstvenu teoriju, nećemo moći donositi detaljna predviđanja, osim u nekim najjednostavnijim situacijama. Na primjer, nama su već sada poznati fizikalni zakoni koji upravljaju svim iskustvenim događanjima svakodnevnoga života.

Kako je Dirac naglasio, njegova jednaždba je temelj “većine fizike i cjelokupne kemije”. Pa ipak, u stanju smo riješiti tu jednadžbu samo za najjednostavniji od jednostavnih slučajeva, za vodikov atom koji se sastoji od protona i elektrona. Za složenije atome s više elektrona, a da i ne spominjemo molekule, prisiljeni smo pribjeći aproksimacijama i intuitivnim procjenama sumnjive vrijednosti. Za makroskopske sustave sastavljene od 1023 ili slično čestica, moramo upotrijebiti statističke metode i napustiti svaku nadu u točno rješenje tih jednadžbi. Premda su nam načelno poznate jednadžbe koje upravljaju cjelokup-nom biologijom, nismo nipošto u stanju svesti proučavanje ljudskog ponašanja na primijenjenu matematiku.

Što bismo podrazumijevali pod imenom neke potpune i jedinstvene teorije fizike? Naša nastojanja pri izradbi modela fizičke stvarnosti obično se sastoje iz dva dijela: 1. Od nekog skupa područnih zakona kojima se poko ravaju razne fizičke veličine. Ti su zakoni obično izražavaju u obliku diferencijalnih jednadžbi. 2. Od skupova graničnih uvjeta koji nam izriču stanje nekih područja svemira u nekom vremenu i koji se učinci kasnije šire u njih iz ostatka svemira.

Mnogi bi ljudi rekli da je uloga znanosti ograničena na prvo od gore navedenoga te da će teorijska fizika postići svoj cilj kad dobije potpuni skup područnih fizikalnih zakona. Oni smatraju da pitanje graničnih, početnih uvjeta spada u područje metafizike ili religije. Na neki način, takav stav je sličan stavu onih koji su u ranijim stoljećima obeshrabrivali znanstvena istraživanja govoreći kako su sve prirodne pojave božje djelo i ne bi ih se smjelo preispitivati.

Mislim da su početni uvjeti svemira jednako tako prikladan predmet znanstvenog proučavanja i teorija, kao što su i područni fizikalni zakoni. Nećemo imati potpunu teoriju prije nego li učinimo više od pukog izrijeka da “su stvari kakve jesu, jer su bile kakve su bile.” Pitanje osobitosti početnih uvjeta u uskoj je svezi s pitanjem proizvoljnosti područnih fizikalnih zakona: Neka se teorija ne bi mogla smatrati za potpunu ako bi sadržavala izvjestan broj podesivih parametara, poput masa ili konstanti vezanja, kojima bi se mogle pridodati po volji bilo koje vrijednosti. U stvari, čini se da ni početni uvjeti ni vrijednosti parametara u teoriji nisu proizvoljni već su nekako vrlo pažljivo odabrani ili izvađeni.

Na primjer, kad razlika u masama protona i neutrona ne bi bila otprilike dvije mase elektrona, ne bi se moglo održati na okupu stotinu i više stabilnih čestica koje grade elemente i koji su osnova kemije i biologije. Slično tome, kad bi gravitacijska masa protona bila neznatno drukčija, ne bi bilo zvijezda u koje bi se te čestice mogle ugraditi, a kad bi početno širenje svemira bilo samo malo sporije ili samo malo brže, svemir bi ili doživio kolaps prije nego bi se takve zvijezde razvile ili bi se širio tako brzo da se zvijezde nikad ne bi ni stigle oblikovati postupkom gravitacijskog zgušnjavanja.

Dakako, neki su ljudi otišli tako daleko da su ova ograničenja, što se postavljaju na početne uvjete, uzdigli u status načela, tako zvanog antropskog načela koje se može parafrazirati kao: “Stvari jesu kakve jesu, budući da smo mi tu.” Prema jednom shvaćanju tog načela, postoji vrlo velik broj raznih, odvojenih svemira s različitim vrijednostima fizikalnih parametara i različitim početnim uvjetima.

Većina tih svemira neće osiguravati prave uvjete za razvoj tako složenih ustroja kakav je inteligentan život. Samo će u jednom malom broju njih, s uvjetima i parametrima poput ovih u našem svemiru, inteligentnom životu biti moguć razvoj sve do pitanja “zašto je svemir takav kakvog promatramo?”

Odgovor je, dakako: kad bi bio drukčiji, ne bi bilo nikoga tko bi postavljao to pitanje. Antropsko načelo nudi neku vrstu objašnjenja za mnoge spomena vrijedne brojčane odnose što su ustanovljene među vrijednostima raznih fizikalnih parametara. Međutim, to nije potpuno zadovoljavajuće; ne možemo se oteti dojmu da tu postoji neko dublje objašnjenje. Također, to ne može objasniti sva područja svemira.

Na primjer, naš Sunčev sustav sigurno je preduvjet za naše postojanje, kao što je to i neka ranija generacija bližih zvijezda u kojima nuklearnom sintezom bijahu proizvedeni teški elementi našeg tijela. Moguće je čak da je za naše postojanje bila potreba i čitava Galaktika. Ali ne izgleda nam očitom neka potreba za postojanjem drugih galaktika, a kamoli milijuna milijuna njih otprilike ravnomjerno raspoređenih diljem promatranog svemira. Vrlo je teško povjerovati da je takva građa svemira, ta njegova homogenost najvećih razmjera, određena nečim tako perifernim kakve su tamo neke složene molekulne tvorbe na malenom planetu, uz vrlo prosječnu zvijezdu na rubu jedne posve tipične, ni po čemu istaknute, spiralne maglice

Klikom na zatvarate prozor!