Fizika nemogućeg

Poput mnogih fizičara, kako sam odrastao, opčinjavala me je mogućnost putovanja kroz vreme, pištolji na zrake, polja sila, paralelni svemiri i slične stvari. Magija, fantazija, naučna fantastika bile su gigantsko igralište za moju maštu. Pobudile su moju ljubav prema nemogućem koja će trajati doživotno.

Sećam se da sam gledao reprizu stare televizijske serije Fleš Gordon. Svake subote prilepio bih se za televizor, diveći se avanturama Fleša, doktora Zarkova i Dejl Arden i zasenjujućem nizu futurističkih tehnoloških čuda: raketama, štitovima nevidljivosti, pištoljima na zrake i gradovima na nebu. Nisam propustio nijednu epizodu. Taj program otvorio mi je vrata potpuno novog sveta. Ushićivala me je pomisao na putovanje raketom na tuđinsku planetu i istraživanje nepoznatog okruženja.

Privučen u orbitu tih fantastičnih pronalazaka, znao sam da mi je sudbina povezana sa čudima nauke nagoveštenim u seriji. Ispostavilo se da nisam bio sam. Naučna fantastika je pobudila interesovanje za nauku u mnogim zaslužnim naučnicima. Veliki astronom Edvin Habl bio je fasciniran delima Žila Verna. Pročitavši Vernove knjige, Habl je batalio obećavajuću advokatsku karijeru i, protivno očevim željama, odlučio se za karijeru naučnika. Postao je najveći astronom dvadesetog veka. Karlu Seganu, čuvenom astronomu i autoru najbolje prodavanih knjiga, maštu je potpirio serijal knjiga o Džonu Karteru Marsovcu pisca Edgara Rajsa Barouza. Sanjao je kako će jednog dana poput Džona Kartera istraživati pesak Marsa.

foto: sxc.hu

Bio sam dete kad je umro Albert Ajnštajn, ali sećam se prigušenog tona kojim se govorilo o njegovom životu i smrti. Narednog dana u novinama je osvanula slika njegovog stola na kome je bio rukopis Ajnštajnovog najvećeg, nedovršenog dela. Zapitao sam se šta je to moglo biti toliko važno da ga najveći naučnik našeg vremena ne uspe dovršiti? U članku se tvrdilo da je Ajnštajn imao san koji se nije mogao ostvariti, problem toliko težak da ga nijedan smrtnik ne može rešiti. Godinama sam se trudio da prokljuvim o čemu je bio rukopis: o velikoj, ujedinjujućoj „teoriji svega“. Znajući za taj njegov san – kome je posvetio poslednje tri decenije života – usredsredio sam se na svoju maštu. Želeo sam da na skroman način doprinesem dovršavanju Ajnštajnovog rada, da se zakoni fizike obuhvate jedinstvenom teorijom. S godinama sam sve više uviđao: iako je Fleš Gordon bio heroj koji uvek osvaja cice, naučnici su bili ti zbog kojih se serija odvijala. Bez doktora Zarkova, ne bi bilo raketnog broda, putovanja na Mongo ni spasavanja Zemlje. Svaka čast herojima, ali bez nauke ne bi bilo naučne fantastike.

Posle izvesnog vremena shvatio sam da su ove priče nemoguće sa aspekta nauke na kojoj su se zasnivale – bile su tek uzleti mašte. Odrastanje je značilo odbacivanje takve fantazije. Rekli su mi da se u stvarnom životu mora odbaciti nemoguće i prihvatiti praktično. Međutim, shvatio sam da je ključ za održavanje moje fascinacije nemogućim bila fizika. Bez temeljnog poznavanja napredne fizike, zauvek bih samo spekulisao o futurističkim tehnologijama ne razumevajući da li su moguće ili nisu. Shvatio sam da se moram baciti na naprednu matematiku i savladati teorijsku fiziku. Tako sam i uradio.

U srednjoj školi sam, u sklopu projekta za sajam nauke, sastavio razbijač atoma u maminoj garaži. Otišao sam u kompaniju Westinghouse i prikupio oko 200 kilograma čeličnih otpadaka od transformatora. Tokom božićnih praznika omotao sam 35 kilometara dugu bakarnu žicu oko školskog ragbi terena. Rezultat je bio betatronski akcelerator čestica od 2,3 miliona elektron-volti, koji je trošio 6 kilovati električne energije (koliko i čitava moja kuća) i stvarao magnetno polje 20.000 puta jače od Zemljinog. Cilj je bio proizvesti snop gama zraka dovoljno moćan da se napravi antimaterija.

Moj projekat za sajam nauke odveo me je na Nacionalni sajam nauke i, na kraju, omogućio mi je da ostvarim san – dobio sam stipendiju za Harvard gde sam imao priliku da postanem ono što sam želeo, teorijski fizičar i da idem stopama svog uzora, Alberta Ajnštajna. Danas dobijam elektronske poruke od pisaca naučne fantastike i scenarista u kojima traže pomoć u dorađivanju njihovih priča jer se zna da istražujem granice zakona fizike.

„Nemoguće“ je relativno

Kao fizičar, naučio sam da je „nemoguće“ često relativan pojam. Sećam se da je moja učiteljica jednom prišla mapi Zemlje okačenoj na zidu i pokazala na obale Južne Amerike i Afrike. Nije li to čudna slučajnost, zapitala je, što se ove dve obale savršeno uklapaju, gotovo kao parčići slagalice? Rekla je kako neki naučnici smatraju da su ova dva kopna možda nekad bila deo istog, ogromnog kontinenta. Ali to je bilo smešno.

Nijedna sila ne bi mogla da razmakne dva kontinenta. To je nemoguće, zaključila je. Nešto kasnije te godine učili smo o dinosaurusima. Zar nije čudno, pričala je učiteljica, što su dinosaurusi bili najbrojnija životinjska vrsta milionima godina, a onda su jednog dana nestali? Niko ne zna od čega su svi stradali. Neki paleontolozi misle da ih je možda ubio meteor iz svemira, ali to je nemoguće i više pripada domenu naučne fantastike.

Danas nas geotektonika ploča uči da se kontinenti zaista pomeraju i da je pre 65 miliona godina ogromni meteor prečnika oko deset kilometara verovatno istrebio dinosauruse i veliki deo živog sveta na Zemlji. U svom kratkom životnom veku stalno sam viđao kako naizgled nemoguće stvari postaju priznate naučne činjenice. Zašto se, onda, nemogućom smatra pomisao da ćemo negde u budućnosti biti u stanju da se teleportujemo s jednog mesta na drugo ili da napravimo svemirski brod koji će nas jednog dana odvesti do zvezda prevaljujući svetlosne godine?

Današnji fizičari bi takva dostignuća smatrali nemogućim. Možda će postati moguća za nekoliko vekova? Ili za deset hiljada godina, kad naša tehnologija bude savršenija? Ili za milion godina? Drugim rečima – ako bismo se kojim slučajem susreli sa civilizacijom milion godina naprednijom od naše, da li bi nam se njihova svakodnevna tehnologija činila magičnom? Na to se, u suštini, može svesti jedno od središnjih pitanja razmatrano u ovoj knjizi; da li će, samo zato što je nešto danas nemoguće, to i ostati nemoguće vekovima ili milionima godina u budućnost?

S obzirom na izvanredan napredak u nauci u prošlom veku, posebno u definisanju kvantne teorije i opšte relativnosti, sada je moguće grubo proceniti kada bi se neke od ovih fantastičnih tehnologija mogle realizovati (ako se to uopšte bude desilo). S prilivom naprednijih teorija poput teorije struna, fizičari ponovo razmatraju čak i ideje koje se graniče s naučnom fantastikom kao što je putovanje kroz vreme ili paralelni svemiri.

Prisetimo se samo onih tehnoloških dostignuća koja su naučnici pre 150 godina smatrali nemogućim, a koja su danas deo naše svakodnevice. Žil Vern je 1863. godine napisao roman Pariz u dvadesetom veku, koji je bačen u neku fioku i zaboravljen gotovo čitav vek dok ga slučajno nije otkrio njegov praunuk i objavio tek 1994. godine. U toj knjizi Vern je pretpostavio kako će Pariz izgledati 1960. godine. Njegov roman obilovao je tehnologijom koja se izvesno smatrala nemogućom u devetnaestom veku, uključujući faks-mašine, komunikacione mreže svetskih razmera, staklene nebodere, automobile na plin i uzdignute vozove ogromnih brzina.

Ne iznenađuje što je Vern bio u stanju da sroči takva zapanjujuće precizna predviđanja jer beše predan svetu nauke i koristio je dostignuća priznatih naučnika. Duboko je poznavao osnove nauke što mu je omogućilo zadivljujuće preciznu moć predviđanja. Nažalost, neki od najvećih naučnika devetnaestog veka zauzeli su suprotno gledište tvrdeći kako nema nade da će mnoštvo tehnoloških dostignuća biti ostvarivo. Lord Kelvin, možda i najistaknutiji fizičar viktorijanske ere (sahranjen kraj Isaka Njutna u Vestminsterskoj opatiji), izjavio je da je nemoguće napraviti mašine „teže od vazduha“ poput aviona. X-zrake smatrao je prevarom, a za radio je mislio da nema budućnost.

Lord Raderford, zaslužan za otkriće atomskog jezgra, odbacio je mogućnost pravljenja atomske bombe, nazvavši tu ideju besmislicom. Hemičari devetnaestog veka proglasili su potragu za Kamenom mudrosti, legendarnom supstancom koja može da pretvara olovo u zlato, naučnom slepom ulicom. Hemija devetnaestog veka zasnivala se na fundamentalnoj nepromenljivosti elemenata, poput olova. Ipak, s akceleratorima čestica u rukama, danas u načelu možemo da pretvaramo atome olova u zlato. Pomislite samo kako bi se televizija, računari i Internet činili fantastičnim na prelazu u dvadeseti vek.

Svežiji primer su crne rupe koje su se svojevremeno svrstavale u domen naučne fantastike. Ajnštajn je 1939. godine napisao tekst u kome je dokazao da crne rupe ne bi nikada mogle da se formiraju. Ipak, danas nam Hablov svemirski teleskop i teleskop koji registruje X-zrake Čandra otkrivaju hiljade crnih rupa u svemiru. Ove tehnologije su proglašavane nemogućim zato što mnogi fundamentalni zakoni fizike i nauke nisu bili poznati u devetnaestom veku i početkom dvadesetog veka. S obzirom na ogromne jazove u razumevanje nauke tog vremena, posebno na atomskom nivou, ne čudi što su se takvi pomaci smatrali nemogućim.

Proučavanje nemogućeg

foto: sxc.hu

Ironično zvuči, ali ozbiljno proučavanje nemogućeg često je otvaralo vrata ka bogatim i potpuno neočekivanim oblastima nauke. Na primer, frustrirajuća i bezuspešna potraga za perpetuum mobile mašinom navela je fizičare na zaključak da je takva mašina nemoguća, primoravši ih da postuliraju održanje energije i tri zakona termodinamike. Tako je jalov trud da se napravi mašina koja bi se beskonačno kretala bez utroška energije doprineo da se otvori novo polje termodinamike na kome se delom temelji otkriće parne mašine, era mašina i moderno industrijsko doba.

Pred kraj devetnaestog veka naučnici su odlučili da je nemoguće da je Zemlja stara milijardama godina. Lord Kelvin je izričito tvrdio da bi se Zemlja u tečnom stanju ohladila za 20 do 40 miliona godina, suprotstavljajući se geolozima i biolozima darvinistima koji su govorili da bi Zemlja mogla biti stara više milijardi godina. tek kada su madam Kiri i drugi otkrili nuklearnu silu pokazalo se kako je središte Zemlje, zagrejano usled radioaktivnih raspada, zaista moglo da opstane u tečnom stanju milijardama godina i potvrdilo da je nemoguće zapravo moguće.

Ignorišemo nemoguće na sopstvenu štetu. Dvadesetih i tridesetih godina prošlog veka Robert Godard, osnivač moderne raketne nauke, bio je izložen žestokim kritikama onih koji su smatrali da te rakete nikada neće moći da putuju u svemiru. Njegovo istraživanje sarkastično su nazivali Godardovom ludorijom. Godine 1921, urednici New York Timesa silno su kritikovali rad doktora Godarda: „Profesor Godard ne zna odnos između akcije i reakcije i mora da nađe nešto bolje od vakuuma za svoju reakciju. Izgleda da mu nedostaje osnovno srednjoškolsko znanje.“ Rakete su bile nemoguće, brecnuli su se urednici, jer u svemiru nije bilo vazduha od kog su mogle da se otiskuju. Nažalost, jedan šef države je uviđao implikacije Godardove nemoguće rakete – Adolf Hitler.

Tokom Drugog svetskog rata baraž nezamislivo naprednih nemačkih V-2 raketa sejao je smrt i razaranje po Londonu, umalo ga bacivši na kolena. Proučavanje nemogućeg možda je promenilo tok svetske istorije. Tridesetih godina prošlog veka rasprostranjeno je bilo mišljenje koje je čak i Ajnštajn zagovarao, da je atomska bomba nemoguća. Fizičari su znali da je unutar jezgra atoma zaključana ogromna količina energije kao što predviđa Ajnštajnova jednačina E = mc2, ali energija koju oslobodi jedno jezgro bila je previše beznačajna da bi se razmišljalo o njoj. Atomski fizičar Leo Silard se priseća da je čitao roman Oslobođeni svet (The World Set Free) H. Dž. Velsa iz iz 1914. godine, u kome Vels predviđa otkriće atomske bombe. U knjizi navodi da će tajnu atomske bombe 1933. godine otkriti jedan fizičar. Silard je slučajno nabasao na ovu knjigu 1932. Nadahnut romanom, on je 1933. godine, upravo kao što je Vels predvideo dve decenije ranije, došao na ideju da uveća moć jednog atoma pomoću lančane reakcije, čime bi energija cepanja jezgra jednog atoma uranijuma mogla da se umnoži mnogo biliona puta.

Silard je potom pokrenuo niz presudno važnih eksperimenata i tajne pregovore između Ajnštajna i predsednika Frenklina Ruzvelta – ishod će biti projekat Menhetn, odnosno konstruisanje atomske bombe. Koliko li smo samo puta videli kako proučavanje nemogućeg otvara potpuno nove puteve, pomerajući granice fizike i hemije i primoravajući naučnike da preinače značenje reči nemoguće. Ser Vilijam Osler jednom rekao: "Filozofije jednog doba postaju apsurdnosti u narednom dobu, i ono što je juče važilo za glupost, postalo je mudrost u sutrašnjici.“

Mnogi fizičari se drže čuvenog principa T. H. Vajta iz njegove knjige The Once and Future King: „Sve što nije zabranjeno, obavezno je!“ To se neprestano potvrđuje u fizici. Ako zakoni fizike ne zabranjuju izričito neki fenomen, na kraju ćemo ipak otkriti da postoji. (To se desilo više puta prilikom potrage za novim subatomskim česticama. Istražujući granice zabranjenog, fizičari su često neočekivano otkrivali nove zakone fizike.) Zaključak koji proizlazi iz izjave T. H. Vajta mogao bi glasiti: „Sve što nije nemoguće, obavezno je!“

Na primer, kosmolog Stiven Hoking je pokušao da dokaže kako je putovanje kroz vreme nemoguće tako što je otkrio nove zakone fizike prema kojima takvo kretanje ne bi bilo moguće. Te zakone nazvao je pretpostavka o zaštiti hronologije. Nažalost, posle mnogo godina ogromnog truda nije uspeo da dokaže ovaj princip. Zapravo, fizičari su, sasvim suprotno tome, pokazali da zakon koji sprečava putovanje kroz vreme prevazilazi matematiku današnjice. Pošto se za sada nijedan zakon fizike ne protivi postojanju vremeplova, fizičari su morali vrlo ozbiljno da pristupe mogućnosti putovanja kroz vreme.

Jedna od tih nemogućih tehnologija već se pokazuje mogućom: teleportacija (barem na nivou atoma). Fizičari su čak i do pre nekoliko godina govorili da slanje objekta s jednog na drugo mesto putem zraka narušava zakone kvantne fizike. Autori prvog serijala Zvezdane staze su, zapravo, bili toliko preplavljeni kritikama fizičara da su uveli Hajzenbergove kompenzatore kako bi ispravili taj nedostatak svojih teleportera. Nedavni pomaci omogućavaju savremenim fizičarima da teleportuju atome s jednog na drugi kraj prostorije ili fotone ispod Dunava.

Predviđanje budućnosti

Uvek je pomalo opasno predviđati, posebno ako se govori o budućnosti: dalekoj vekovima ili hiljadama godina. Fizičar Nils Bor je voleo da kaže: „Teško je predviđati. Naročito o budućnosti.“ Ali postoji suštinska razlika između doba Žila Verna i sadašnjosti. Danas se fundamentalni zakoni fizike u osnovi razumeju. Fizičari razumeju osnovne zakone u opsegu od zadivljujuća četrdeset tri reda veličine – od unutrašnjosti protona sve do svemira koji se širi. Zato fizičari mogu sa opravdanim samopouzdanjem u grubim crtama predvideti tehnologiju budućnosti, i bolje razdvojiti tehnologije koje su samo neverovatne od onih nemogućih.

Zato nemoguće stvari u ovoj knjizi delim u tri kategorije. Prva kategorija je ono što nazivam I klasa nemogućeg. Te tehnologije nemoguće su danas, ali ne krše nijedan poznat zakon fizike. Dake, mogle bi biti moguće u ovom veku, ili, možda u narednom, u izmenjenom obliku. U njih spadaju teleportacija, motori na antimateriju, izvesni oblici telepatije, psihokineza i nevidljivost. Druga kategorija su pojave iz II klase nemogućeg. One obitavaju na samoj ivici našeg razumevanja fizičkog sveta. Ako se uopšte moguće, možda bi se mogle realizovati za hiljade ili milione godina. U njih spadaju vremenske mašine, mogućnost putovanja u hipersvemir i putovanje kroz crvotočine.

Poslednja kategorija je ono što nazivam III klasa nemogućeg. To su tehnologije koje se kose s poznatim zakonima fizike. Iznenađujuće je da postoji samo nekoliko takvih nemogućih tehnologija. Ako se ispostavi da su moguće, predstavljaće fundamentalni pomak u našem poznavanju fizike.

Čini mi se da je ova klasifikacija značajna jer naučnici odbacuju brojne tehnologije iz naučne fantastike proglašavajući ih potpuno nemogućim, a zapravo misle da su nemoguće za ovako primitivnu civilizaciju kakva je naša. Na primer, dolasci vanzemaljaca se obično smatraju nemogućim zbog ogromnih udaljenosti između zvezda. Iako je jasno da je međuzvezdano putovanje za našu civilizaciju nemoguće, možda je moguće za civilizaciju vekovima, hiljadama ili milionima godina ispred nas. Zato je važno klasifikovati takve nemoguće stvari. Tehnologije nemoguće našoj civilizaciji danas nisu nužno nemoguće ostalim tipovima civilizacija. Prilikom zaključivanja o tome šta je moguće, a šta nemoguće, neophodno je u obzir uzeti tehnologije hiljadama do milionima godina ispred naših.

Karl Segan je jednom napisao: „Šta znači za jednu civilizaciju to što je stara milion godina? Radio-teleskope i svemirske brodove imamo već nekoliko decenija; naša tehnička civilizacija stara je tek koju stotinu godina... napredna civilizacija stara milionima godina ispred nas je koliko i mi ispred galaga ili makaki majmuna.“

U istraživanjima, profesionalno sam fokusiran na pokušaje da ispunim Ajnštajnov san o teoriji svega. Razgaljuje me rad na konačnoj teoriji koja bi mogla dati konačan odgovor na neka od najtežih nemogućih pitanja današnje nauke, recimo da li je moguće putovanje kroz vreme, šta se krije u središtu crne rupe, ili šta se desilo pre Velikog praska. I dalje budan sanjarim o doživotnoj ljubavi s nemogućim, pitajući se kada i da li će neke od tih nemogućih stvari preći u domen svakodnevice.

"Fizika nemogućeg", poznatog svetskog popularizatora nauke Mičioua Kakua, štampala je u našoj zemlji, izdavačka kuća Heliks. Knjiga se može kupiti u knjižarama ili na sajtu izdavača.