În acest nou episod al lucrării sale, David Peat vorbeşte despre principiile de simetrie din fizica modernă - un posibil fundament al realităţii, despre dificultăţile legate de marile teorii unificate, dar şi despre raportarea fizicii la un context nou, postmodern.
De la atomi la particulele elementare (27)
SIMETRII FUNDAMENTALE
Teoriile începeau să sugereze că nu particulele elementare însele reprezentau scopul final al investigaţiilor ştiinţifice, ele fiind mai degrabă manifestarea unor principii fundamentale de simetrie. La fel cum în cazul relativităţii lui Einstein există legi universale care stau la baza unor aparenţe cu caracter relativ şi în cazul de faţă principiile de simetrie guvernează modul în care particulele elementare se transformă şi se grupează în familii de particule.
Aceste simetrii pot fi asemuite unor oglinzi, astfel că, de pildă, un electron încărcat negativ este reflectat de oglinda de sarcină devenind un pozitron încărcat pozitiv din punct de vedere electric. La fel, un proton este reflectat şi transformat într-un anti-proton. Unele oglinzi reflectă particulele caracterizate de o anumită valoare a spinului, transformându-le în opusul lor, din punct de vedere al spinului, iar altele modifică proprietăţi cum ar fi hipersarcina (hipersarcina unei particule este un număr cuantic asociat interacţiunilor nucleare tari - n.tr.).
Bineînţeles că nu vorbim de obiecte din lumea materială, de oglinzi propriu-zise, ci de metafore cu ajutorul cărora înfăţişăm modul în care ecuaţiile care descriu particulele elementare pot fi transformate şi reflectate unele în altele. Prin transformarea unei particule în alta, în concordanţă cu aceste reguli de simetrie, se pot construi familii întregi de particule elementare. Într-un anumit sens vorbim de aceeaşi particulă, reflectată în felurite moduri. Pentru mulţi dintre fizicieni, legile fundamentale de simetrie şi transformare sunt de primă importanţă, în detrimental particulelor însele.
Lumea cuantică se găseşte într-un proces constant de schimbare şi transformare. În aparenţă, toate procesele şi transformările posibile ar trebui să poată avea loc, numai că principiile naturale de simetrie stabilesc nişte limite în ceea ce priveşte arbitrarul transformărilor. Doar acele procese care nu încalcă anumite principii de simetrie de bază sunt premise a avea loc în natură.
La fel cum vechii greci credeau că formele şi arhetipurile fundamentale sunt cele care se află la baza presupuşilor atomi, la fel fizicienii zilelor noastre poziţionează principiile de simetrie la baza particulelor elementare.
MARI TEORII UNIFICATE
Timp de 80 de ani fizicienii au fost în căutarea “Sfântului Potir” al Marii Teorii Unificate, un set unic de ecuaţii care să descrie tot ceea ce există. Asemenea potirului din legenda regelui Arthur, şi acesta pare a fi zărit ocazional de la distanţă. Totuşi, pe măsură ce oamenii de ştiinţă par a se apropia de el şi a-i desluşi forma completă, acesta dispare în ceaţă, ori pare că e făcut din tinichea, iar nu din aur.
Unul dintre primele astfel de vise i-a aparţinut lui Einstein, cel care a arătat că forţa gravitaţiei poate fi explicată drept o curbare a spaţiu-timpului. El a presupus că e posibil ca magnetismul şi atracţia electrică să poată fi explicate în aceeaşi manieră. Poate că materia însăşi nu constă decât din noduri şi aglomerări în textura spaţiu-timpului. Einstein a lucrat la această abordare până la sfârşitul vieţii. A fost o viziune splendidă, care a avut însă un defect major: ignora în totalitate lumea cuantică. În căutarea unui principiu de bază ori nivel fundamental al existenţei, fizicienii nu au fost capabili să descopere vreo modalitate cu adevărat satisfăcătoare de a unifica cele două mari descoperiri ale secolului al XX-lea – relativitatea şi teoria cuantică.
Cele mai strălucite minţi din trei generaţii de fizicieni s-au luptat cu problema unificării. Din când în când s-a creat impresia unui progres iminent, doar pentru ca ulterior speranţa să pălească şi încă o abordare să fie abandonată.
FIZICA POSTMODERNĂ
Fizicianul Yoichiro Nambu, cel care a dezvoltat prima teorie a corzilor (precursoarea teoriei “superstringurilor”), a introdus termenul de “fizică postmodernă” pentru a descrie dilema curentă a fizicienilor. Nambu sugerează aplicabilitatea caracterului postmodern nu doar domeniului criticii literare, ci şi fizicii. Până la începutul epocii atomice, a fost întotdeauna posibilă testarea directă a unei teorii ştiinţifice. O teorie formulează anumite predicţii şi permite efectuarea de calcule care pot fi ulterior comparate cu datele obţinute în urma unor observaţii şi experimente. Numai că în cazul unei teorii cum este cea a superstringurilor se lucrează cu entităţi cuantice care există într-un spaţiu multidimensional şi la distanţe incredibil de mici. Testarea predicţiilor altor teorii unificatoare ar presupune generarea unor energii apropiate de cele existente în momentul creaţiei Universului.
Este clar că nu există nicio modalitate prin care aceste teorii să poate fi vreodată testate în mod direct. Chiar dacă am redimensiona la scară planetară ori, mai mult, la scara întregului sistem solar cel mai mare accelerator de particule construit până în prezent de către fizicieni, coliziunile şi particulele pe care acesta le-ar putea genera nu ar avea nici pe departe magnitudinea evenimentelor discutate în aceste noi teorii grandioase.
Cu alte cuvinte, aceste teorii sunt imposibil de verificat în mod direct. Mai degrabă ele pot fi folosite pentru a face deducţii şi a trage concluzii pe marginea altor teorii. În locul formulării unei teorii fundamentale a realităţii care să poată fi testată, fizica se ocupă în prezent cu teorii despre teorii, ori chiar cu teorii despre teorii despre teorii. Doar la nivelul sub-teoriilor şi al sub-sub-teoriilor predicţiile teoretice pot fi testate.
Este o schimbare dramatică a concepţiei oamenilor de ştiinţă despre lume şi Univers. Ştiinţa s-a mândrit întotdeauna cu caracterul ei obiectiv şi cu posibilitatea de a interacţiona în mod direct cu natura prin intermediul unor experimente atent proiectate. Dar dacă nu pot fi generate energii suficient de mari pentru a testa o teorie a superstringurilor, atunci care mai este criteriul de identificare a adevărului ştiinţific? Vor fi teoriile analizate, asemenea poeziei şi artelor, pe baze estetice? Un poem de valoare are o structură unitară, fiecare cuvânt pare a se potrivi perfect în interiorul său, nu e nimic întâmplător în ceea ce îl priveşte, metaforele se împletesc armonios, sonoritatea cuvintelor şi multitudinea de sensuri ale acestora se completează reciproc. La fel, fizica postmodernă naşte întrebări precum: Cât de bine se încadrează elementele unei teorii în ansamblul acesteia? Sunt controversele născute inerent de teorie inevitabile? Presupunerile au o fundaţie solidă ori sunt oarecum arbitrare? Forma matematică de ansamblu a teoriei este una deosebit de elegantă?
O nouă ordine în fizică - partea 1 (29)
Traducerea este făcută cu acordul autorului şi este protejată de legea drepturilor de autor.
