Scientia

În continuarea articolului său despre evoluţia ideilor în fizica modernă, Paul Dirac prezintă una dintre căile pe care le considera ca posibil de urmat în fizica teoretică a anului 1963. Este vorba despre o încercare de reconciliere a eterului luminifer cu relativitatea restrânsă.

Evoluţia viziunii fizicienilor asupra lumii (4)

Teoria renormalizării a înlăturat câteva dintre dificultăţile de categoria a II-a, asta dacă cineva poate accepta caracterul ilogic al eliminării unor valori infinite, dar nu le-a înlăturat pe toate. Rămân o serie de probleme legate de particulele care nu intră în discuţie în cadrul electrodinamicii cuantice: noile particule – mezonii de diferite tipuri şi neutrinii. În această zonă teoria este încă într-un stadiu primitiv de dezvoltare. Este destul de clar faptul că este nevoie de modificări drastice de paradigmă înainte de a putea rezolva şi aceste probleme.

Una dintre probleme este cea pe care am menţionat-o deja în discuţia despre numărul 137. Alte probleme se referă la găsirea unor modalităţi de a introduce mărimile fundamentale în fizică într-o manieră naturală, la explicarea raportului dintre masele particulelor elementare şi la explicarea celorlalte proprietăţi ale acestora. Cred că va fi nevoie de idei distincte pentru a rezolva diferitele probleme menţionate anterior şi mai cred că acestea vor fi rezolvate una câte una în cadrul fazelor succesive de evoluţie a fizicii în viitor. Din acest punct de vedere sunt în contradicţie cu majoritatea fizicienilor. Ei consideră că o idee centrală va fi descoperită, teorie care va rezolva concomitent toate aceste probleme. Eu cred că este prea mult să sperăm că se va reuşi un atare demers. Va trebui să le separăm una de alta pe cât posibil şi să le atacăm separat. Şi am credinţa că dezvoltările viitoare din domeniul fizicii vor consta din rezolvarea pe rând a acestor dificultăţi, iar după ce pentru oricare dintre ele va fi fost găsită o soluţie ne vom confrunta cu un mare mister cu privire la modalitatea de a le aborda pe următoarele.

Ar trebui, cred, să discut despre câteva idei asupra cărora am reflectat cu privire la modalitatea de a aborda unele dintre aceste probleme. Nici una dintre idei nu a fost pusă în practică deocamdată şi nici nu îmi pun mari speranţe în vreuna. Dar cred că merită să le menţionez pe scurt.

Una dintre aceste idei este introducerea unei entităţi fizice care să corespundă eterului luminifer care era atât de popular printre fizicieni în secolul XIX. Am spus anterior că nu e în natura teoriilor din fizică să involueze. Când fac referire la reintroducerea eterului, nu mă refer la reîntoarcerea la imaginea pe care o aveam despre eter în secolul XIX, ci la introducerea unui concept nou al eterului, în conformitate cu ideile actuale din teoria cuantică. Obiecţia principală adresată vechii imagini despre eter se referea la faptul că dacă se presupune că avem de-a face cu un fluid omniprezent, acesta va avea o viteză precisă în fiecare punct al spaţiului, fapt care distruge simetria cvadridimensională necesară în cadrul principiului relativităţii speciale al lui Einstein. Relativitatea specială einsteiniană a “ucis” această imagine veche despre eter.

Dar făcând apel la actuala teorie cuantică nu mai este nevoie să ataşăm o valoare exactă a vitezei fiecărei entităţi fizice, deoarece viteza este subiectul unor relaţii de incertitudine. Aşadar, cum eterul va avea o masă proprie de valoare foarte mică, relaţiile de incertitudine pentru el vor căpăta o deosebită importanţă. Viteza eterului într-un anume punct al spaţiului nu va trebui să fie descrisă ca fiind precisă, deoarece va fi subiect al unor relaţii de incertitudine, astfel că va putea avea valori în interiorul unei game destul de largi. Aceasta ar fi modalitatea prin care s-ar putea depăşi dificultăţile legate de reconcilierea dintre teoria relativităţii speciale şi existenţa eterului.

Această concluzie va aduce cu sine o schimbare importantă în ceea ce priveşte imaginea pe care o avem despre vid. Ne place să credem că vidul este o regiune a spaţiului caracterizată de o simetrie completă între cele patru dimensiuni ale spaţiu-timpului, în concordanţă cu relativitatea specială. Dar dacă există un eter care se supune relaţiilor de incertitudine, nu va mai fi posibil să păstrăm cu precizie această simetrie. Putem presupune că viteza eterului va lua valori într-o gamă destul de largă pentru a altera caracterul perfect al simetriei, transformând simetria  într-o caracteristică aproximativă a vidului. Nu am putea nicicum permite gamei de valori asociate vitezei eterului să conţină toate valorile posibile, între plus şi minus viteza luminii, fapt necesar pentru a se putea menţine o simetrie perfectă în noul context creat. Astfel că vidul perfect devine o stare imposibil de atins. Nu cred că acest fapt reprezintă o limitare fizică a teoriei, o contradicţie în interiorul acesteia. Ar însemna că vidul este o stare de care ne putem apropia foarte mult. Nu există vreo limită până la care ne putem apropia, dar ştim că nu vom atinge starea de vid niciodată. Consider că ar fi suficient pentru experimentatori. Totuşi, ar însemna o îndepărtare de la noţiunea de vid pe care o avem în teoria cuantică, unde se pleacă la drum cu o stare a vidului caracterizată întocmai de simetria necesară în cadrul relativităţii speciale.

Aceasta este o idee de dezvoltare a fizicii în viitor care ar modifica imaginea pe care o avem despre vid, o schimbare însă nu inacceptabilă pentru fizicianul experimentator. Dezvoltarea acestei teorii s-a dovedit dificilă, deoarece este nevoie de un aparat matematic al relaţiilor de incertitudine pentru eter pentru care încă nu s-a descoperit o formulă satisfăcătoare. Dacă l-am putea dezvolta de o manieră mulţumitoare, s-ar putea naşte un nou tip de câmp în teoria fizică, fapt care ar putea ajuta la explicarea caracterului şi proprietăţilor unora dintre particulele elementare.

Evoluţia viziunii fizicienilor asupra lumii (6)

Acest text reprezintă traducerea articolului "The Evolution of the Physicist's Picture of Nature" aparţinând lui Paul Dirac, publicat în numărul din mai 1963 al revistei Scientific American.