Poslednji super junak fizike 20. veka

Kao što je ovde na blogu pisao naš ugledni savremeni naučnik, prof. Nenad Švrakić: Svakodnevna mudrost o slavi i popularnosti kaže: znaćete da ste postali zaista slavni kada deca i tinejdžeri, i ljudi koji nisu iz vaše branše, u svakodnevnom životu počnu da koriste termine koje ste vi izmislili. Ako sudimo po tom kriterijumu, Viler je jedan od najslavnijih teorijskih fizičara današnjice. On je skovao izraze „crna rupa", „crvotočina", „kvantna pena", itd., koji se danas koriste svakodnevno, u najrazličitijim okolnostima.

Rođen u Džeksonvilu, na Floridi, Viler je veći deo mladosti proveo u Baltimoru, gde je išao u srednju školu, na fakultet i konačno doktorirao – u 22. godini života! – na uglednom Univerzitetu "Džons Hopkins" u Baltimoru. Mentor mu je bio austrijsko-američki fizičar Karl Hercfeld, jedan od poslednjih velikih fizičara „stare škole”, tj. pre-kvantne fizike. Od 1938. pa praktično sve do poslednjeg dana života radio je na Prinstonskom univerzitetu, sa izuzetkom desetak godina provedenih na Univerzitetu Teksasa u Ostinu krajem 1970-tih i početkom 80-tih. Njegovo ime postalo je vezano za prinstonsku fiziku u poslednjih pola veka na način na koji su to ranije bili Ajnštajn ili fon Nojman.

Zlatno doba nauke

Da bismo razumeli Vilerov značaj u istorijskom kontekstu, potrebno je da se podsetimo da su po mnogo čemu 1920-te i 1930-te godine predstavljale “zlatno doba” savremene nauke. To je bilo vreme velike inovacije i formulacija/utvrđivanje velikih paradigmi, ne samo u fizici, već i u gotovo svim prirodnim (pa i nekim humanističkim) naukama. Krajnje nepotpuni spisak obuhvatao bi paradigme kao što su relativnost i kosmologija (Ajnštajn, Edington, Fridman, Lemetr), kvantna mehanika (Bor, Šredinger, Hajzenberg, Dirak), nuklearna fizika (Fermi, Bete, Gamov, Viler), teorija hemijske veze (Pauling), neodarvinizam (Fišer, Holdejn, Rajt), nekompletnost matematike (Gedel, Tjuring), isl.

Naravno, ovde su navedeni samo neki od nosilaca velikih prevrata; svaka lista ovakve vrste nužno je delimično subjektivna. Mi i dalje živimo u svetu ovih “superjunaka,” te je stoga veoma teško napraviti ikakvu istorijsku distancu i pokušati oceniti objektivno njihove ogromne doprinose formiranju savremene nauke, kao i naučnog pogleda na svet uopšte. Od ovih titana nauke, Viler je očigledno bio najdugovečniji – njegovim odlaskom nestao je poslednji direktni kontakt sa tim vremenima, sa ljudima koji su se lično poznavali i sarađivali sa Ajnštajnom, Borom, Fermijem, Gedelom...

Među njima, Vilerov najveći učitelj i u formalnom, a još više u neformalnom smislu bio je Nils Bor. Od njega je nasledio originalnost, slikovitost, ljubav prema paradoksima, aforistički način izražavanja, dakle opšti filozofski i pedagoški stil. Sam Viler je najlepše to izrazio sledećim rečima: “Čuli smo za ljude kao što su Hrist, Buda, Mojsije, Konfučije, ali tek iz razgovora sa Borom sam se uverio da su takvi ljudi zaista postojali.” Period saradnje sa Borom bio je i period Vilerovog rada u nuklearnoj fizici, u to vreme najaktuelnijoj oblasti fizičkih nauka. Najpre je 1937. godine Viler uveo veoma važan pojam tzv. S-matrice (od engl. scattering matrix, tj. matrica rasejanja), koja povezuje početno i krajnje stanje čestice u nuklearnim reakcijama. S-matrica se i danas dosta koristi u kvantnoj teoriji polja, fizici elementarnih čestica i drugim disciplinama.

Tokom Borove posete SAD 1939, Bor i Viler su razvili model tečne kapi za atomsko jezgro (koji je prethodno sugerisao briljantni rusko-američki fizičar Džordž Gamov) i pokazali da on može da objasni kako tzv. Vajcekerovu formulu, tako i nedavno otkriveni fenomen cepanja jezgra, tj. nuklearne fisije. Ovo je, između ostalog, omogućilo da se objasni kriva nuklearne stabilnosti i hemijski sastav svemira, a posredno i procesi koji dovode do sijanja zvezda poput Sunca, eksplozija supernovih i drugih aspekata nukleosinteze. Tokom Drugog svetskog rata Viler je zajedno sa brojnim drugim naučnicima u savezničkim zemljama radio na projektu „Menheten”, odnosno izgradnji nuklearnog oružja. Vilerov rođeni brat Džo poginuo je u borbama sa Nemcima u Italiji 1944. godine i Viler je kasnije stalno ponavljao da mu je veoma žao što nuklearna bomba nije konstruisana koju godinu ranije, jer bi to, po njegovom dubokom, mada kontroverznom, mišljenju ili potpuno sprečilo ili bitno skratilo tok rata, spasivši tako desetine miliona ljudskih života.

Crne rupe

Posle rata Viler se u Prinstonu zbližio sa Ajnštajnom, koji se poslednjih godina života (umro je 1955) nije aktivno bavio naukom, ali je i dalje predstavljao izuzetnu inspiraciju svima oko sebe. Ovo je Vilera odvelo ka temi kojoj će posvetiti najveći deo svoje karijere: teoriji gravitacije. Kao što je poznato, klasična teorija gravitacije je Ajnštajnova opšta teorija relativnosti, objavljena 1916. godine, koja je donela suštinski preokret u našem razumevanju prostorvremena i gravitacione sile. Osnovni rezultat Ajnštajnove teorije jeste da gravitacija nije sila u uobičajenom smislu reči, već geometrijska deformacija prostorvremena. Masivna tela zakrivljuju prostorvreme oko sebe i time utiču na kretanje svih drugih tela.

Uprkos spektakularnim empirijskim potvrdama (Edingtonovo slavno pomračenje Sunca 1919. godine, uspeh u objašnjavanju zagonetke Merkurovog kretanja oko Sunca), opšta teorija relativnosti se sve do 1950-tih smatrala svojevrsnim matematičkim kuriozitetom, bez bližeg kontakta sa stvarnošću i sa doista aktivnim oblastima fizike. To se promenilo velikim delom upravo zahvaljujući Vileru koji je početkom 1950-tih na Prinstonu osnovao jednu od triju velikih svetskih relativističkih škola (pored Denisa Šame na Kembridžu i Jakova Zeljdoviča na MGU u Moskvi); rezultat rada ovih triju velikih škola bila je prava renesansa interesovanja za relativnost i gravitaciju tokom 1960-tih i 1970-tih godina i rađanje novih disciplina (poput termodinamike crnih rupa). Od ovih triju škola, Vilerova je bila i brojem i rezultatima najznačajnija. 1967. godine Viler je tako skovao izraz „crna rupa” za singularna rešenja Ajnštajnovih jednačina gravitacionog polja koja su okružena horizontom događaja – geometrijskom površi iza koje „nema povratka” u ostatak svemira. Pored termina “crna rupa” i “horizont događaja”, Viler je izmislio i termine “crvotočina”, “kvantna pena”, itd. Danas je o gravitaciji nemoguće govoriti bez neprestanog korišćenja Vilerovih neologizama.

Nije moguće ne samo govoriti, već i čitati. Među desetak knjiga kojima je Viler bio autor ili koautor, jedna se po svemu izdvaja – to je knjiga koju je nakon mnogo godina rada Viler 1973. godine objavio sa svoja dva studenta, Kipom Tornom i Čarlsom Miznerom, pod varljivo jednostavnim naslovom “Gravitacija”. Ova monumentalna studija, na 1280 strana velikog formata, alternativno nazivana “telefonskim imenikom” ili “Biblijom”, jedinstveno je postignuće u istoriji naučne literature. Ona sadrži dva paralelna kursa (jedan osnovni, drugi napredniji), kao i mnoštvo digresija, ilustracija, antrfilea, minijatura... U njoj se može naći i poezija, biografije velikih naučnika, kratki kursevi srodnih oblasti, poput diferencijalne geometrije ili zvezdane astrofizike i još mnogo šta drugo. Nije ni čudo da su ljudi pisali čitava uputstva „kako čitati ‘Gravitaciju’”, niti da je ona neprestano doštampavana i još uvek veoma rado čitana, 35 godina nakon svog izlaska iz štampe, što je u svetu savremene naučne literature, koja brzo zastareva, doista redak slučaj.

Kvantna kosmologija

Rad na teoriji gravitacije nužno ga je vodio ka kosmologiji. Zajedno sa Brusom de Vitom, bio je osnivač kvantne kosmologije, nove i uzbudljive naučne discipline koja se bavi svemirom kao kvantnim sistemom, tj. najranijim periodom njegove istorije i pretenduje da odgovara na ona suštinska pitanja koja su izvan domašaja klasične kosmologije kao što su: šta je uzrokovalo Veliki prasak? postoje li drugi univerzumi osim našeg? gde je poreklo prirodnih zakona koje vidimo oko nas? itd. Viler-de Vitova jednačina i dalje predstavlja konceptualnu osnovu kvantne kosmologije.

Ali, on nije ostao na tome – insistirao je da u našem pogledu na fizički svet nešto vrlo bitno nedostaje, a da će to nam to omogućiti objašnjenje porekla samih zakona prirode; kako je govorio: “Potreban nam je zakon bez zakona.” Na filozofskom nivou, smatrao je da najizgledniji izvor ove nove paradigme leži u domenu teorije informacija; ovu spekulativnu buduću paradigmu izražavao je gotovo neprevodivom engleskom igrom reči – It from bit (tj. ono što postoji, svet oko nas potiče istovremeno od materijalnih delića – jedno značenje engleske reči bit u skladu sa uobičajenim redukcionističkim shvatanje fizičara – ali i od informacija, tj. bitova kao jedinica informacije). Ne treba ni naglašavati koliko je u ovo informatičko doba delo Džona Vilera značajno i postaje sve značajnije i sa fizičkog i sa filozofskog stanovišta!

U međuvremenu, Viler se – često sa svojim briljantnim studentima – bavio i drugim pitanjima (ali, u skladu sa geslom svog učitelja, Bora, samo velikim problemima!). Sredinom 1950-tih u njegovoj kancelariji pojavio se krajnje neobičan student po imenu Hju Everet III (1930-1982), koji je tvrdio da ima rešenje najdublje zagonetke savremene fizike: kako od linearnog kvantnog mikrosveta izgraditi makrosvet oko nas koji je očigledno nelinearan.

U našem svakodnevnom svetu svetlo na semaforu može biti ili crveno ili zeleno, ali ne, recimo, dva puta crveno minus 4 puta zeleno, za razliku od kvantnog sveta, gde bilo kakva linearna kombinacija rešenja i sama predstavlja rešenje. U najčuvenijem misaonom eksperimentu dvadesetovekovne fizike, Šredingerova mačka mora biti ili živa ili mrtva, a ne u nekoj mešavini tih dvaju stanja, mada nam kvantna mehanika sugeriše da bi upravo ovo potonje trebalo da bude slučaj. Ili – može li biti? Everetova revolucionarna ideja – koju je objavio u svojoj ekstremno kratkoj, od svega tridesetak strana, doktorskoj disertaciji 1956. godine pod Vilerovim velikodušnim rukovodstvom – bila je upravo da je mačka doista i živa i mrtva istovremeno, samo u dvema različitim „granama” sveta. Od njih mi percipiramo samo jednu, tj. samo živu ili samo mrtvu mačku, ali to nipošto ne znači da je ona druga manje stvarna.

Ovo je, iz očiglednih razloga, dobilo ime Interpretacija mnoštva svetova ili MWI (od engl. many-world interpretation). Na veliko Everetovo i Vilerovo razočarenje, ona isprva nije privukla mnogo pažnje, pa se Everet čak i povukao iz nauke i posvetio biznisu, pre svoje prerane smrti kao posledice lančanog pušenja 1982. godine. Nakon što je bila (u de Vitovim rečima) “strogo čuvana tajna” više of 20 godina, Everetova interpretacija je danas življa nego ikad – kvantna informatika, kvantna kosmologija, kvantni računari i mnogo drugih ultramodernih stvari najlakše se teorijski zasnivaju unutar Everetove interpretacije.Viler je igrao ključnu ulogu u formulaciji MWI, ali je sam preferirao neku od subjektivnih varijanti Kopenhaške interpretacije, u kojima značajnu ulogu igra um posmatrača.

Aforizmi

Konačno, dajmo reč samom Vileru. Ovo su neki od njegovih čuvenih aforizama:

Vidite - jednačine ne lete! (rečeno nakon pedagoškog ogleda u kome je tražio od studenata da napišu na ceduljicama najvažnije jednačine fizike koje znaju, pa ih potom sakupio i bacio u vazduh da bi naglasio razliku između realnosti i našeg matematičkog opisa iste)

PRVI SAVET ZA MLADE FIZIČARE: nikad ne rešavajte neku jednačinu pre nego što znate rešenje!

Pojednostavljujte! Pojednostavljujte! Pojednostavljujte!

Zašto je svemir toliko veliki? Očigledno, zato što smo mi tu! (Viler je i inače bio veliki pobornik antropičkog načela o kome smo pisali i ovde)

Razumećemo koliko je svemir jednostavan tek onda kad dovoljno razumemo koliko je čudan.

Vreme je Božji način da spreči da se svi događaji dese odjednom. (tobožnji grafit u Ostinu, Teksas – mada niko nije pronašao taj grafit i mnogi smatraju da ga je Viler izmislio da izrazi sopstvenu misao)

Nijedan elementarni fenomen nije fenomen sve dok nije posmatrani fenomen.

Najveća otkrića tek čekaju da budu učinjena.

Naslednici...

Najdugotrajnije i potencijalno najznačajnije zaveštanje su Vilerovi brojni studenti: Hju Everet, Jakob Bekenštajn, Kip Torn, Čarls Mizner, Robert Geroh, Robert Vold, Demetrios Hristodulu, Bil Unruh, Džon Klauder, samo su neka od istaknutih imena koje je ovaj veliki pedagog “izveo na naučni put”. Naravno, najbolji Vilerov učenik svakako je bio Ričard Filips Fajnmen (1918-1988), Nobelovac, otkrivač kvantne elektrodinamike, Fajnmenovih dijagrama, jedan od najsvestranijih i najznačajnijih imena nauke 20. veka.

Fajnmenova vizija uključivala je stvari koje tek poslednjih godina postaju aktuelne, poput nanotehnologije ili kvantnih računara, a široj publici postao je poznat kada je, kao jedini naučnik u tzv. Rodžersovoj komisiji rasvetlio – u spektakularnom eksperimentu izvršenom u direktnom televizijskom prenosu – uzrok nesreće šatla “Čelindžer” 1986. godine. Kao dobar Vilerov učenik, ponovio je u svojim čuvenim predavanjima (i danas najboljem opštem udžbeniku fizike): “Dobar fizičar zna rešenje neke jednačine pre nego što je reši!” Ironijom medicine i sudbine, učenik nas je napustio čitavih dvadeset godina pre učitelja, što pokazuje Vilerovu vitalnost.

Za kraj, moj omiljeni citat ovog velikog vizionara, čiji ispunjeni i plodotvorni život imamo mnogo razloga da slavimo, nešto što valja primenjivati i u svakodnevnom životu:

Ako niste naišli na nešto čudno tokom dana, dan vam je propao.