Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →
Przyjechałem do Krzyży z opóźnieniem, uczestnicy jedli już kolację. Kilku wybitnych fizyków przywołało mnie do stolika. Jeden z nich groźnym głosem powiedział: "Rozmawialiśmy o panu, a właściwie nie o panu, tylko o tytule pańskiego wykładu. Nie zgadzamy się". Domyśliłem się, że nie zgadzają się z tezą, że problemy ciemnej materii i ciemnej energii są największymi nierozwiązanymi problemami fizyki. Nieśmiało zapytałem: "A jakie są większe problemy?". Odpowiedzią była cisza.
Cała historia fizyki polega na odnajdywaniu coraz prostszego sposobu opisywania świata. Choć wydawać się może, że używana przez fizyków matematyka jest coraz bardziej wyrafinowana, tak naprawdę obraz świata ulega uproszczeniu. Jeszcze na przełomie XIX i XX wieku "tablice stałych fizycznych" zawierały setki, jeśli nie tysiące stałych fundamentalnych - parametrów wyznaczanych doświadczalnie, koniecznych do wyliczenia czegokolwiek. Dziś prawdziwie fundamentalnych stałych - takich parametrów w prawach i równaniach fizyki, których nie potrafimy wyliczyć z pierwszych zasad i musimy zmierzyć - jest zaledwie około trzydziestu. Oczywiście, w celach praktycznych wciąż publikowane są tablice wielkości fizycznych. W zasadzie jednak potrafimy większość tych wielkości wyprowadzić z fundamentalnych praw przyrody i ograniczonej liczby stałych.
Podobnie z obrazem świata. Kiedyś - jak "straszni mieszczanie" Tuwima, co to "patrząc - widzą wszystko oddzielnie / Że dom... że Stasiek... że koń... że drzewo" - widzieliśmy oddzielnie magnetyzm i elektryczność, elektromagnetyzm i oddziaływania jądrowe słabe, neutrony i protony itd. Dzięki rozwojowi fizyki zaczęliśmy dostrzegać coraz głębsze symetrie, pozwalające redukować liczbę fizycznych bytów, dostrzegać coraz prostszy, coraz bardziej symetryczny świat, opisywany coraz prostszymi (choć wyrażanymi w coraz trudniejszym języku) prawami.
Niektórzy, jak budowniczowie wieży Babel, uwierzyli, że mogą wszystko, i ogłosili program poszukiwania "teorii ostatecznej". Miałaby to być teoria, w której nie byłoby już wolnych parametrów, stałych fundamentalnych, wymagających mierzenia. Wszystko, konsystentnie, wynikałoby z samej teorii. Co więcej, nawet prawa fizyki, własności przestrzeni (liczba jej wymiarów, jej topologia, czyli "kształt") i czasu (kierunkowość jego upływu od przeszłości do przyszłości) wynikałyby z tej teorii. Nie można by już było zadać żadnych nowych pytań, na które nie znalazłoby się odpowiedzi w jej ramach.
Taka sytuacja nie pojawiła się w nauce po raz pierwszy. W końcu "starożytnej" epoki, w czasach Kopernika, wydawało się, że dogmaty o kołowych orbitach, sferycznych ciałach niebieskich wraz z rachunkiem epicykli pozwolą wyjaśnić budowę i działanie Wszechświata. Po tryumfie mechaniki Newtona Laplace, przekonany o możliwości obliczenia położeń ciał niebieskich w dowolnej chwili w przeszłości i przyszłości, prezentując swoje dzieło Napoleonowi, zapytany o Boga, miał odpowiedzieć: "Panie, ta hipoteza nie była mi potrzebna". Pod koniec XIX wieku, tuż przed rewolucją kwantową i relatywistyczną, wydawało się, że wystarczy pomierzyć dokładnie wartości owych "stałych fizycznych", które wtedy tak licznie zapełniały tablice fizyczne.
Dziś jesteśmy w zupełnie innym miejscu. Nasze ambicje, wyrażane w marzeniu o "teorii ostatecznej", są znacznie bardziej uzasadnione, choć, paradoksalnie, pewnie równie wygórowane jak wtedy. Zredukowaliśmy liczbę stałych fizycznych, zredukowaliśmy liczbę oddziaływań fundamentalnych, poznaliśmy dobrze granice stosowalności naszych teorii fizycznych. Nasz aparat matematyczny jest bogaty jak nigdy wcześniej.
A jednak, zgodnie z dominującymi poglądami, prawie 30 procent materii we Wszechświecie to ciemna materia, skupiona w galaktykach i gromadach galaktyk. Nie wiemy, czym jest. Na pewno nie są to jednak zwykłe atomy, z jakich zbudowany jest świat wokół nas. Co jeszcze dziwniejsze, prawie 70 procent masy Wszechświata to ciemna energia - hipotetyczny ośrodek, równomiernie rozłożony we Wszechświecie, o ujemnym ciśnieniu i przedziwnej własności - jeśli powiększyć naczynie, w którym się znajduje, to jego gęstość pozostanie stała.
Istnienie ciemnej materii i ciemnej energii we Wszechświecie oraz ich dominujący wpływ na ewolucję Kosmosu wynika z najprostszej interpretacji współczesnych obserwacji astronomicznych. Jednocześnie, choć te obserwacje dotyczą największych kosmicznych skal, porównywalnych z rozmiarami całego Wszechświata, zapewne są przejawem najbardziej fundamentalnych praw przyrody, wynikiem najbardziej fundamentalnych oddziaływań. Te oddziaływania zapewne odgrywały dominującą rolę w najwcześniejszych ułamkach sekundy po powstaniu Wszechświata.
Stąd bierze się najgłębszy związek wyników tych obserwacji astronomicznych z podstawowymi prawami przyrody, z "teorią ostateczną". Być może z tymi problemami wiąże się odpowiedź na jeszcze dziewiętnastowieczne pytanie Ernsta Macha o źródło bezwładności ciał. Dlaczego ciała mają masę? Dlaczego trudno je wprawić w ruch albo zatrzymać? Czy jest to wynikiem oddziaływania z całą resztą Wszechświata? Ze wszystkimi znajdującymi się w nim masami?
Trzy książki, które chcę tu polecić, dotyczą właśnie tych i takich problemów. "Lekkość bytu", napisana przez laureata Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 2004 roku, Franka Wilczka (rocznik 1951) opowiada przede wszystkim o unifikacji oddziaływań. O takim spojrzeniu na oddziaływania, dzięki któremu zrozumieliśmy, że elektryczność i magnetyzm są przejawami tego samego, tylko w różnych sytuacjach. "Teleskop Einsteina", autorstwa Evalyn Gates, kosmolożki z University of Chicago, mówi o poszukiwaniu ciemnej materii i ciemnej energii we Wszechświecie. Don Lincoln, fizyk z laboratorium wysokich energii Fermilab, pisze o największym laboratorium fizyki wysokich energii, urządzeniu zwanym w skrócie LHC (Wielki Zderzacz Hadronów) w CERN pod Genewą. To tam fizycy wytworzą sztucznie warunki, w jakich materia znajdowała się tylko raz w całych dziejach Wszechświata - tuż po Wielkim Wybuchu. Obserwując, co się wtedy dzieje, mają nadzieję zrozumieć najbardziej fundamentalne prawa przyrody.
Czy jednak są to nasze największe problemy? Tak. Pamiętajmy, że problemy dzielą się na pilne i ważne. Pilne są problemy dziury budżetowej, prezydencji w Unii, braku autostrad na Euro 2012, braku żłobków itd., itp. Trzeba je załatwić. Ale naprawdę WAŻNYMI problemami są problemy ciemnej materii i ciemnej energii we Wszechświecie oraz unifikacji oddziaływań elementarnych.
Don Lincoln, Kwantowa granica. LHC - Wielki Zderzacz Hadronów, tłum. Bogumił Bieniok i Ewa L. Łokas, Warszawa 2010, Wydawnictwo Prószyński i S-ka, seria "Na ścieżkach nauki"
Evalyn Gates, Teleskop Einsteina. W poszukiwaniu ciemnej materii i ciemnej energii we Wszechświecie, tłum. Zofia Łomnicka, Warszawa 2010, Wydawnictwo Prószyński i S-ka, seria "Na ścieżkach nauki"
Frank Wilczek, Lekkość bytu. Masa, eter i unifikacja sił, tłum. Bogumił Bieniok i Ewa L. Łokas, Warszawa 2011, Wydawnictwo Prószyński i S-ka, seria "Na ścieżkach nauki".
