Scientia

În încheierea articolului său privind evoluţia fizicii moderne, Paul Dirac îşi îndreaptă atenţia asupra posibilelor modalităţi de dezvoltate viitoare a domeniului. Să fie fizicienii teoreticieni, matematicienii ori experimentatorii cei care vor duce trena?

Evoluţia viziunii fizicienilor asupra lumii (6)

Aş vrea să menţionez şi o a treia problemă asupra căreia mi-am îndreptat atenţia în ultima vreme. Este vorba despre înlocuirea reprezentării punctiforme a electronului cu un soi de sferă de dimensiuni finite. Desigur, poate că ideea de a privi electronul astfel este una veche, dar odinioară abordarea unui context în care o sferă era subiectul unei mişcări accelerate ori neregulate reprezenta o problemă. Sfera va fi distorsionată şi nu prea am şti cum să exprimăm aceste distorsiuni. Eu aş propune o abordare conform căreia să permitem electronului să posede, în general, o formă şi dimensiune arbitrare. Vor exista unele forme şi dimensiuni cu o energie asociată inferioară altora, iar tendinţa va fi de atingere a unei forme sferice de anumite dimensiuni, căreia să i se asocieze o stare de energie minimă.

Această nouă reprezentare a electronului a fost încurajată de descoperirea mezonului miu, miuonul, una dintre noile particule din fizică. Miuonul are proprietatea surprinzătoare de a fi aproape identic cu electronul, cu excepţia faptului că masa sa are o valoare de 200 de ori mai mare decât cea a electronului. În afară de această nepotrivire de masă, miuonul este foarte asemănător electronului, posedând, cu un grad de precizie foarte mare, acelaşi spin şi acelaşi moment magnetic raportat la masa sa ca şi electronul. Fapt care conduce la ideea că miuonul ar trebui privit ca o stare excitată a electronului. Dacă electronul este un punct, reprezentarea modalităţii în care această transformare are loc devine o întreprindere destul de stranie. Dar dacă electronul este privit ca fiind cea mai stabilă stare a unui obiect de dimensiuni finite, miuonul ar putea fi tocmai următoarea stare stabilă în care obiectul trece printr-un soi de oscilaţie. Asta este o idee la care am lucrat recent. Apar însă dificultăţi de dezvoltare a ipotezei, în special în ceea ce priveşte obţinerea spinului corespunzător.

Am menţionat trei posibile căi prin care am putea dezvolta acest tip de reprezentare. Cu siguranţă vor apărea şi altele la care se vor gândi alţi fizicieni. Speranţa mea e ca mai devreme sau mai târziu cineva să găsească o idee cu adevărat potrivită care să conducă la dezvoltări spectaculoase. Sunt mai degrabă pesimist în această privinţă şi înclin să cred că niciuna dintre ele nu va fi suficient de bună. Evoluţia viitoare a fundamentelor fizicii - adică, un edificiu teoretic care să rezolve cu adevărat una dintre problemele fundamentale, cum ar fi introducerea unei unităţi fundamentale de lungime sau calculul raportului maselor – ar putea să necesite anumite schimbări drastice ale modului în care înţelegem Universul. Asta ar însemna că în cadrul încercărilor prezente de a imagina o nouă paradigmă în fizică lucrăm cu concepte fizice nepotrivite. Dacă chiar aşa şi este, cum am putea atunci spera să înregistrăm progrese în viitor?

Există însă şi o altă modalitate teoretică de abordare a problemelor. Se pare că una dintre caracteristicile fundamentale ale naturii este faptul că legităţile de bază ale fizicii pot fi descrise în termenii unor teorii matematice de mare frumuseţe şi complexitate, fiind nevoie de cunoştinţe matematice de un standard foarte ridicat spre a le înţelege. Ne-am putea întreba: De ce este natura construită astfel? Singurul răspuns pe care îl putem oferi este că nivelul prezent de cunoştinţe indică un asemenea tip de construcţie a Universului. Trebuie aşadar să acceptăm ideea ca atare. Cineva ar putea descrie această situaţie spunând că Dumnezeu este un matematician de foarte mare valoare, care a făcut apel la un aparat matematic foarte avansat când a creat Universul. Timidele noastre încercări din domeniul matematicii ne permit să înţelegem deocamdată doar o mică parte a cosmosului şi, pe măsură ce vom dezvolta instrumente matematice din ce în ce mai complexe, vom putea spera la a-l înţelege şi descifra cu mai mult succes.

Această viziune ne oferă un alt mod prin care putem spera să înregistrăm progrese în teoriile actuale din fizică. Prin simpla studiere a matematicii putem spera la a intui tipul de matematică de care vom avea nevoie în fizica viitorului. Un număr important de oameni de ştiinţă lucrează în prezent la bazele matematice ale teoriei cuantice, încercând să înţeleagă mai bine teoria şi să o transforme într-una mai solidă şi mai apropiată de un ideal estetic. Dacă se vor alege căile de parcurs corecte în cadrul acestor întreprinderi de dezvoltare a teoriei, s-ar putea ajunge în viitor la rezultate de natură mai degrabă matematică: oamenii vor descoperi mai întâi ecuaţiile si ulterior, după examinarea acestora, vor învăţa treptat să le şi aplice. Într-o anumită măsură fenomenul ar corespunde cu ceea ce s-a întâmplat când Schrödinger a descoperit ecuaţia de undă. Schrödinger a descoperit ecuaţia căutând pur şi simplu o relaţie caracterizată de frumuseţe la nivel matematic. Imediat după descoperirea ecuaţiei, oamenii au văzut că era utilă din anumite puncte de vedere, dar principiile generale potrivit cărora ea trebuie aplicată au fost dezvoltate doar doi-trei ani mai târziu. E foarte posibil ca următoarea descoperire importantă din fizică să se producă într-o manieră similară: oamenii vor descoperi mai întâi ecuaţiiile şi vor avea nevoie de câţiva ani de muncă pentru a identifica ideile fizice propriu-zise din spatele respectivelor formule. Convingerea mea este că o asemenea abordare prezintă o probabilitate mai mare de succes prin comparaţie cu încercările de a imagina noi reprezentări ale lumii la nivel fizic.

Desigur, este posibil ca şi această modalitate de a genera progres să eşueze, moment în care singura cale de urmat ar fi cea a experimentelor. Experimentatorii îşi continuă munca relativ independent de teoreticieni, colectând cantităţi imense de date. Mai devreme sau mai târziu va apărea un nou Heisenberg capabil să aleagă informaţia utilă şi să o folosească de o manieră asemănătoare celei în care Heisenberg a utilizat datele experimentale despre spectrele atomice pentru a-şi construi mecanica matriceală. Este inevitabil, iar fizica va progresa în cele din urmă astfel, dar e posibil să treacă mult timp până atunci dacă oamenii de ştiinţă nu vor oferi idei sclipitoare care să ducă înainte latura teoretică a fizicii.

Sfârşit

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.