Naučnici i nevidljivi svijet

Naučnici su bili prisiljeni da napuste na iskustvu zasnovane teorije o Svijetu u kojem živimo. Svijet nauke je svijet čuda, povjerenja u nevidljivo i dovođenja u fizikalnu vezu onoga što realno postoji i onoga što ne postoji.

Kvantna teorija nas uvjerava da postoji „svijet s one strane vidljivog”. Ako se vakuum ranije tumačio kao scena na kojoj su se dešavale fizičke pojave, sada se njegova uloga mijenja, jer njegova svojstva i sastav imaju odlučujući uticaj na pravilno opisivanje interakcija između elementarnih čestica. Standardni model objašnjava međudjejstvo jedne čestice na drugu - česticama nosiocima osnovnih sila prirode. Općeprihvaćeno je da standardni model nije sveobuhvatna teorija, jer predviđa postojanje čestica - a skoro ništa ne govori o njihovoj suštini. O tome nauka nagađa.

Šta su to - sile prirode? Pretpostavka da dvije čestice djeluju jedna na drugu „na daljinu”, bez neke opipljive veze, zaista ne može biti krajnji domet u razumijevanju prirode. Odbijanje dva naelektrisana elektrona tumačeno je uticajem njihovih električnih polja. Po kvantnoj teoriji, između dva elektrona dolazi do kratkotrajne izmjene fotona. Fotoni su energentski paketići, i na taj način, radi E = M, neka vrsta materije. Za tumačenje odbijanja elektrona usljed elektromagnetne „sile” predviđeno je novo svojstvo, nova priroda čestica elektromagnetnog zračenja, postojanje fotona - nosilaca sile. O silama, nastanku i djelovanju njihovih nosioca - fotona, naučnici misle ovako: „Moguće je da paketić energije, foton, spontano - iz ničega - počne da egzistira u vakuumu - sve dok ponovo ne iščezne u kratkom vremenu, toliko kratkom da nam granice prirode ne dozvoljavaju da ga izmjerimo.” To znači da ako energija postoji suviše kratko da bi bila izmjerena, njeno postojanje ne predstavlja kršenje zakona o očuvanju energije, prema kojem je nemoguće stvoriti energiju iz ničega ili je uništiti. Iako je i ovo objašnjenje daleko od „zdravog razuma” i razumijevanja iskustvom, jednako kao i djelovanje „na daljinu” pod uticajem polja sila, ono omogućava fizičarima da na bazi stvarnih fotona - vrše izračunavanja. Dobiveni rezultati su se izvanredno dobro slagali sa mnogim eksperimentima. Na pitanje odakle dolaze i kuda idu fotoni - nosioci sile, naučnici daju neobičan odgovor: „Ti fotoni u stvari - ne postoje.” Ovi nepostojeći fotoni su nazvani - „virtualni” fotoni. Njihova uloga je bitno drugačija od uloge fotona - paketića energije elektromagnetnog zračenja. Teorija kvantne elektrodinamike se proširila na razumijevanje djelovanja i ostale tri sile prirode. Pretpostavljeno je postojanje novih „virtualnih” čestica - nosioca te tri sile, i njihovo realno postojanje kao paketića novog tipa zračenja. Tako sada „postoje”, naprimjer, čestice - nosioci gravitacione sile i gravitaciono zračenje. Pretpostavka je potvrđena rezultatima eksperimenata. Recimo - masa kvarkova od kojih su protoni izgrađeni predstavlja samo polovinu mase protona. Ljepilo kojim su vezani kvarkovi, pretpostavljene virtualne čestice jake sile, „nosi” polovinu mase protona, što za pravilno razumijevanje događanja u mikrosvijetu predstavlja - vrlo važnu činjenicu. „Virtualne” čestice - nosioci slabe sile, imaju masu jednaku masi sedamdeset protona. I sve to - ne postoji, a ne postoji „radi” principa neodređenosti po kojem je nemoguće izmjeriti energiju koju posjeduje neko tijelo ili sistem - u tačno određenom trenutku, pa se zato prihvata za moguće stanje u kojem prostor-vrijeme „svjetluca” od fluktuirajućih, „virtualnih” čestica, koje samo njima poznatim tunelima prolaze u postojanje i izlaze iz njega.

Energija zračenja se sastoji od zasebnih čestica koje zovemo kvanti. Atom se sastoji od kvantnih jedinica elektriciteta, elektrona i protona. Do kvantne teorije se podrazumijevalo da svakom tijelu možemo pripisati neki položaj, neku tačku u prostoru. Podrazumijevalo se da se tijelo nalazi tu, i nigdje više. To poimanje se u kvantnoj fizici potpuno mijenja. Kvantni objekt je objekt koji nije lokalizovan. Ne može se za neki elektron reći da se negdje nalazi. On zaista postoji kao elektron, ali nema jedinstven i sasvim određen položaj. Ne može mu se pripisati tačno mjesto. Na našoj fizičkoj pozornici taj je elektron obdaren nekom vrstom prisutnosti na više mjesta odjednom. Za položaj kvantnog objekta možemo reći da je u prosjeku na tom i tom mjestu, ali uz izvjesnu zamućenost. Za elektrone se kaže da nisu ni djelići materije, ni talasi, ali se mogu ispoljavati u različitim eksperimentalnim situacijama.

Fizičari su čak spremni da misle ovako: „U suštini, ako ne znamo gdje je elektron, znači da se nigdje i ne nalazi, ili preciznije - nije na nekom određenom mjestu”. Elektron se ne odlikuje sasvim određenim brojnim vrijednostima, nego spektrima. On nema jedan, nego više položaja odjednom. Kako za kvantni objekat, naprimjer elektron, važi da je na više mjesta odjednom, postaje zaista teško da se svijet rastavi na male, međusobno nezavisne dijelove. Iz nelokalizovanosti kvantnih objekata proističe izvjesna korelacija između fizičkih pojava koje su prostorno vrlo udaljene, mada su istovremene. To je ideja koja sablažnjuje sa stanovišta klasične fizike. Kvantni fizičar sve ovo doživljava na način da mu je klasično razmišljanje nejasno. On se svakodnevno u laboratoriju susreće sa osobinama elektrona, protona i svih vrsta kvantnih objekata. Za njega je pravo čudo to da se neki predmet, koji se suštinski sastoji od elektrona, protona i neutrona, ponaša toliko različito od svojih činilaca. Zašto klasične pojave stoje čvrsto kad počivaju na toliko različitoj kvantnoj teoriji, savremeni fizičari još uvijek ne znaju. Zato je za njih pitanje nad svim pitanjima - kako dovesti u vezu kvantni sa klasičnim svijetom?

Mnogi fizičari smatraju da najveći njihov uspjeh u XX vijeku, sa šireg filozofskog stanovišta, nije ni teorija relativnosti, sa svojim spajanjem prostora i vremena, ni kvantna teorija, sa svojim odbacivanjem zakona uzročnosti, ni rastavljanje atoma na sastavne dijelove, nego opće priznanje da mi još nismo u dodiru sa suštinom stvarnosti, a radi principa neodređenosti, odnosno prirodnih ograničenja, moglo bi se dogoditi da za nas suština stvarnosti ostane tajna - zauvijek!

Kvantna teorija je bitno doprinijela takvom stavu naučnika. Dobitnik Nobelove nagrade za kvantnu fiziku, Richard Feynman, na ovaj način izražava „frustriranost” intelekta koji se susreo sa istinom: „Mislim da se slobodno može reći kako niko ne razumije kvantnu mehaniku. Ako ikako možete, nemojte stalno sebi govoriti: ”Ali kako to može biti tako?„, jer će vas to odvesti ravno u slijepu ulicu iz koje još niko nije uspio izaći. Niko ne zna kako to može biti tako!”

Kvantna koncepcija stvarnosti, nije uzročna i ne predstavlja nikakvu potpunu uzročnu određenost onoga što će se desiti u budućnosti na osnovu znanja kojima raspolažemo u sadašnjosti. Primjenom zakona kvantne teorije sužava se, ali se uglavnom ne određuje ishod nekog ogleda. To znači da svako posmatranje izvjesnog sistema donosi novo saznanje o njegovom stanju, stanju koje dotada nije postojalo, i koje se ne bi moglo dobiti na osnovu analize i matematičkog proračunavanja. Matematičke teorije ne govore ništa o suštini stvari, nego o tome kako se one ponašaju! Pravljenje modela ili slika, da bi se objasnili matematički izrazi, nije korak prema stvarnosti, nego korak dalje od nje. Dalje od matematičkog izraza uvijek idemo uz rizik da nam suština izmakne. I samu energiju, osnovnu tvorevinu Kosmosa, treba smatrati za matematičku apstrakciju!

U svijetu čestica malih masa realno se osjećaju njihova talasna svojstva. Kada su talasna svojstva realna, nema običnih čestica, nema trajektorija, a javljaju se neodređenosti. Na scenu dolaze zakoni vjerovatnoće i - slučaj. Tamo gdje postoji slučaj, nema mjesta za klasičnu povezanost između uzroka i posljedica. Slučaj i postoji zato što postoji obilje mogućih odgovora na jedno pitanje. Od ove stvarnosti se lukavstvom ne može pobjeći.

Čitava plejada istaknutih fizičara tvrdi da događaji u atomskom svijetu nisu ničim uvjetovani ni prouzrokovani. Ipak, slom klasične uzročnosti ne predstavlja kraj uzročnosti. Slučaj nije proizvoljnost i on ne stvara haos. Priroda drži slučaj pod kontrolom svojim zakonima vjerovatnoće. Čitavo obilje mogućnosti u kretanju talasa-čestica, postoji neovisno od laboratorijskih eksperimenata, a raspodjela vjerovatnoće između tih mogućnosti je svaki put zakonomjerna. Fizičari su veoma teško podnijeli ovaj rastanak od nekadašnjih predstava. To je priroda. Ona je „odredila” i maksimalnu moguću brzinu kojom se kreće elektromagnetno zračenje, poznatu pod imenom - brzina svjetlosti. Istovremeno je „postavila” i tri zabrane materijalnim tijelima da se kreću tom brzinom. Masa tijela koje bi se kretalo brzinom svjetlosti bi postala beskonačno velika, realno bi mu se izgubila jedna dimenzija, a vrijeme bi nestalo!

Iz tvrdnji fizičara Bora možemo shvatiti da se najmanje pojave u prirodi ne mogu predstaviti u okviru prostor-vremena. Četverodimenzionalni kontinuum teorije relativiteta odgovara samo za neke pojave u prirodi: one koje obuhvataju događanja u velikim dimenzijama i zračenje u slobodnom prostoru. Ostale pojave mogu se predstaviti samo ako se izađe iz tog kontinuuma. Može se pretpostaviti da događaji potpuno izvan kontinuuma, određuju ono što nazivamo tok događaja unutar kontinuuma, i da prividna neodređenost u prirodi potiče samo iz naših pokušaja da događaje koji se odigravaju u mnogo dimenzija - sabijemo u manji broj dimenzija.

Kada su naučnici, prostoru sa tri dimenzije, dodali četvrtu dimenziju stvarnosti, vrijeme, morali su radikalno izmjeniti svoje predstave o prirodi. Trebalo je prihvatiti niz do tada nevjerovatnih zaključaka. Naprimjer, u prostor-vremenu, udaljenost iščezava za putanje svjetlosti i drugih oblika elektromagnetnog zračenja, odnosno, u prostor-vremenu, putanja svjetlosti se odlikuje nultom brzinom. Za foton ne postoje ni brzina, ni vrijeme onako kako ih mi doživljavamo. Einstein tvrdi da mjere prostora i vremena zavise od kretanja posmatrača, i da se pod određenim uvjetima mogu vremenski bliski događaji jednom posmatraču prikazati u jednom redoslijedu, a drugom posmatraču u drugom redoslijedu. Za prihvatanje ovakvih tvrdnji je zaista potrebna čvrsta vjera u nauku, jer ih je čulima nemoguće potvrditi. Kako natjerati razum, naviknut na stvarnost tri dimenzije, da prihvati tvrdnju da čestica svjetlosti ima, u odnosu na nas, tačno određenu brzinu, a da, u odnosu na nas, nema nikakvog pridruženog vremena. Foton izlazi iz neke zvijezde koja je milijardu svjetlosnih godina udaljena od nas i putujući milijardu godina dolazi do nas, a za njega su odlazak i dolazak simultani, jer na tom putovanju kroz prostor, nije u prostor-vremenu proteklo nikakvo vremensko razdoblje.