ČOVEK SA DVA UMLAUTA

     Njutnu nije bilo jasno zbog čega bi ova dva svojstva bila jednaka; naprosto je prihvatio da to jeste tako. Čak je izveo neke dovitljive opite da proveri da li to jeste tako. Njegovi opiti su dokazali da su M i m jednaki, ali je ostala mogućnost greške od oko 1 posto tamo-amo. Mi možemo ovo saznanje o njihovoj jednakosti da napišemo i ovako: M/m = 1,00. To se čita: em kroz em jednako je jedan zapeta nula nula. Ili ovako: M podeljeno sa m daje jedinicu koju ništa ne kvari u sledeća dva decimalna mesta. Više od dvesta godina kasnije, ovaj broj je dramatično poboljšan. Između godine 1888. i 1922. jedan mađarski plemić, baron Roland Etveš (Roland Eötvös), izveo je neverovatno domišljat niz opita sa klatnima na koja je nameštao tegove od aluminijuma, bakra, drveta i drugih materijala i dokazao da je jednakost ove dve veoma važne osobine materije tačna do pet milijarditih delova. Matematički izraženo, to mu dođe ovako: M gravitacija/m inercija = 1,000 000 000 plus-minus 0,000 000 005. Dakle, tačan ishod mora biti negde između 1,000 000 005 i 0,999 999 995.
     Danas smo potvrdili ovu razmeru još bolje. Dogurali smo je do dvanaest nula iza jedinice. Galilej je u Pizi dokazao da dve nejednake kugle padaju istom brzinom. Njutn je pokazao zbog čega je to tako. Pošto je veliko M jednako malom m, sila teže kojom Zemlja vuče kuglu k sebi srazmerna je masi te kugle. Razmislite: gravitaciona masa (M) topovskog đuleta može biti hiljadu puta veća od takođe gravitacione mase (M) nekog klikera gvozdenca. Dakle, Zemlja će hiljadu puta jače privlačiti k sebi topovsko đule nego kliker gvozdenac. Ali, gle čuda, inerciona masa tog đuleta opiraće se Zemljinoj sili teže hiljadu puta jače nego inerciona masa gvozdenca. Ako bacimo sa kule đule i gvozdenac, ta dva dejstva međusobno se potiru. Zato đule i gvozdenac udare o tle u istom trenu.
     Ovo poklapanje M i m bilo je neverovatna podudarnost, koja je vekovima uznemiravala naučnike, kao što nas danas uznemirava ono 137. Tek godine 1915. Ajnštajn je ovu 'podudarnost' ugradio u jednu duboku teoriju koja je poznata kao opšta teorija relativnosti.
     Istraživanja barona Etveša o M i m bila su njegov najzapaženiji, ali ne i najveći doprinos nauci. Između ostalog, bio je majstor u pisanju prezimena sa tim umlautskim tačkama iznad nekih samoglasnika. Jedno prezime, a dva umlauta! Još je važnije bilo to što se Etveš zainteresovao za obrazovanje u nauci i za osposobljavanje visokoškolskih nastavnika, a to je tema meni bliska i draga. Istoričari su zapazili da su obrazovni napori barona Etveša doveli do prave eksplozije genijalnosti - iz Budimpešte su, za vreme Etvešove ere, došli takvi velikani fizike kao Edvard Teler (Edward Teller), Eugen Vigner (Eugene Wigner), Lio Silard (Leo Szillard), pa matematičar Džon fon Nojman (John von Neumann)... Toliko je matematičara i fizičara stvoreno u Mađarskoj na samom početku dvadesetog veka, da su neki inače smireni posmatrači došli do zaključka da se invazija Marsovaca već dogodila i da je Budimpešta njihova baza u koju su se naselili da bi odatle krenuli u infiltraciju, a zatim okupaciju celog sveta.
     Dostignuća Njutna i Etveša dramatično ilustruju astronauti u kabinama kosmičkih brodova. Svi smo gledali video-snimke iz tih njihovih kapsula tamo gore: astronaut ispusti olovku, ali olovka ne padne, nego ostane da lebdi nadomak njegovih prstiju. To je divna demonstracija tobožnjeg bestežinskog stanja. Naravno, taj čovek i njegova olovka nisu stvarno bez težine. Sila Zemljine gravitacije i te kako nastavlja da deluje na njih. Zemlja vuče k sebi gravitacionu masu kapsule, i astronauta, i olovke. Ali jurnjava kosmičkog broda ukrug, po orbiti, određena je našom formulom I. Pošto su dve mase (gravitaciona i inerciona) jednake, onda svi pomenuti predmeti postižu isto kretanje oko Zemlje. Astronaut leti, kapsula leti, i olovka leti, oni svi učestvuju u plesu 'bestežinskog' stanja.
     Drugi pristup jeste da sagledamo to što se sa astronautima dešava kao slobodni pad. Kapsula koja orbitira oko Zemlje - stalno pada na Zemlju. Orbitiranje je to: stalno padanje. I Mesec, u izvesnom smislu, stalno pada ka Zemlji, ali nikako da do nje stigne zato što površina Zemljine kugle beži, 'pada u daljinu' tačno istom brzinom. Znači, ako naš astronaut slobodno pada, a i olovka koju je on ispustio takođe slobodno pada, onda su ta dva u istom međusobnom odnosu kao dva teška predmeta bačena sa Krivog tornja u Pizi. Svejedno da li u kapsuli ili izvan kapsule, astronaut će, ako uspe da stane na kućnu vagu, očitati svoju težinu kao nulu. Neće se pokazati nikakva težina. Zato se i kaže 'bestežinsko stanje'. Agencija NASA koristi stvarno slobodno padanje kao tehniku za uvežbavanje astronauta. To je simuliranje bestežinskog stanja. Radi se ovako: povedu astronaute mlaznim avionom na veliku visinu. Onda se avion naglo propne uvis samo da bi odmah potom 'zaronio' nosom prema zemlji; astronauti unutra doživljavaju slobodni pad. Avion se posle vrati na istu visinu, pa se operacija ponovi, sve u svemu jedno četrdesetak puta. Putanja aviona pri svakom tom manevru bude parabola (opet ona!), a slobodni pad nastupa na silaznom kraku parabole. Slobodni pad... bestežinsko stanje. (Samo nemojte zamišljati da je to sasvim prijatno. Nezvanični naziv za takav avion je 'kometa u kojoj se povraća'.)
     To su razgovori iz ovih naših kosmičkih vremena. Ali već je Njutn znao sve o astronautu i olovci. Još u sedamnaestom veku mogao vam je tačno reći šta će se dešavati u svemirskom šatlu.

DONOSILAC VELIKE SINTEZE

     Njutn je u Kembridžu živeo prilično povučeno, ali je često odlazio na svoje porodično imanje u Linkolnšajru, u vreme kad su gotovo svi drugi veliki naučni umovi nastojali da se muvaju stalno po Londonu. Od 1684. do 1687. godine mukotrpno je radio na knjizi koja će postati njegovo glavno delo, Matematička načela filozofije prirode (Philosphiae Naturalis Principia Mathematica). Taj rad bio je objedinjavanje svih Njutnovih ranijih studija iz oblasti matematike i mehanike, koje su velikim delom bile nepotpune, neodlučno iskazane, dvosmislene. Tek knjiga Principa bila je potpuna simfonija. Obuhvatila je sav njegov rad u prethodnih dvadeset godina.
     Da bi napisao knjigu Principia, Njutn je morao da ponovo pregleda prikupljene podatke i ponovo razmišlja o njima, da ponovo izračunava mnogo štošta, ali i da prikuplja nove podatke - o prolaženju kometa, o prirodnim satelitima Jupitera i Saturna, o plimi i oseci na ušću Temze u okean i o još mnogim stvarima. Ovde je počeo da insistira na postojanju apsolutnog prostora i apsolutnog vremena; ovde je i nastupio kategorično sa svoja tri zakona kretanja. Ovde je razvio i koncept mase kao svojstva onog teškog, opipljivog u jednom telu: "Količina materije jeste ono što proističe jednovremeno iz gustine i veličine tela."
     Ovaj mahniti juriš u stvaralački rad imao je svoje prateće manje važne posledice. Po svedočenju jednog pomoćnika koji je stanovao pokraj Njutna:

     Toliko se ozbiljno ustremio na svoje izučavanje, da je jeo vrlo malo, a često i sasvim zaboravljao da jede... Retko se dešavalo da donese odluku da krene u trpezariju i jede sa ostalima; a u takvim prilikama, izišao bi na ulicu, uvideo grešku i umesto da ode u trpezariju, vratio bi se u svoje odaje... Dešavalo se da počne pisati stojeći, ne dajući sebi ni trenutak slobodnog vremena da privuče stolicu i sedne.

     Eto, vidite, kakva je opsednutost naučnika-stvaraoca.
     Knjiga Principia pala je na Englesku, pa i na čitavu Evropu, kao ogromna bomba. Glasine o njoj širile su se kao požar još pre nego što je štampana. Među fizičarima i matematičarima Njutn je već uživao visok ugled, ali tek ga je knjiga Principia katapultirala u status legende i dovela u središte pažnje filozofa kao što su bili Džon Lok (John Locke) i, u Francuskoj, Volter (Voltaire). Bila je superhit. Sledbenici, oni koji su oduševljeno prigrlili novo, pa čak i kritičari, i sami vanredni naučnici, kao što behu Kristijan Hajgens (Christian Huygens) i Gotfrid Lajbnic (Gotfried Leibnic), pridružili su se pohvalama; veličali su zapanjujući dohvat i dubinu te knjige. A najgori Njutnov takmac, Robert 'Malecki' Huk, pridružio se tako što je knjizi uputio najveći kompliment za koji je bio sposoban: izjavio je da je Njutn sve to prepisao od njega.
     Kad sam poslednji put bio na Kembridžskom univerzitetu, zatražio sam da vidim primerak Principie. Očekivao sam da će knjiga biti u staklenom sanduku, u helijumskoj atmosferi. Kad, ne! Knjiga jednostavno stoji na polici sa ostalim knjigama, u biblioteci za fiziku. Prvo izdanje! A ta knjiga je izmenila nauku.
     Odakle Njutnu nadahnuće? Opet, pre izlaska Principie objavljena je obimna literatura o kretanju planeta; našli su se tu i neki vrlo sugestivni radovi Maleckog Huka. Ti izvori verovatno su uticali na Njutna bar u jednakoj meri kao njegova moć intuicije, na koju pomišljamo kad čujemo onu nebrojeno puta ponovljenu priču o jabuci. Navodno je Njutn jednog poznog popodneva gledao Mesec, koji je bio nisko na nebu, a onda je video kako sa jedne grane pada jabuka, i tad mu je 'sinulo'. Zemlja deluje svojom silom teže na jabuku, predmet zemaljski, ali ta sila se pruža još u visinu, u daljinu, tako silno daleko da dohvata i jedan predmet nebeski, Mesec. Zbog te sile jabuka padne na tle. Zbog te sile Mesec nastavlja da kruži oko Zemlje. Njutn je uključio svoje jednačine u ovo, i sve se uklopilo. Negde oko sredine osamdesetih godina sedamnaestog veka Njutn je počeo da kombinuje nebesku sa zemaljskom mehanikom. Opšti zakon gravitacije objasnio je složeni ples Sunčevog sistema, objasnio je i plime i oseke, i okupljanje zvezda u galaksije, a galaksija u galaktička jata; objasnio je i retke, ali predvidive posete Halejeve komete i još mnogo drugih stvari. Godine 1969. NASA je stavila tri čoveka u raketu i poslala ih na Mesec. Za ovo je bila potrebna tehnologija i oprema kosmičkog doba, ali ključne jednačine unete u kompjutere NASA, da bi se mogla planirati putanja za odlazak i povratak, bile su tri veka stare. I sve su bile Njutnove.

NEVOLJA SA GRAVITACIJOM

     Videli smo da je na nivou atoma gravitaciona sila - recimo, ona kojom jedan elektron deluje na jedan proton - tako malena da njenu slabašnost možemo izraziti tek uz pomoć jedne jedinice i četrdeset jedne nule. To je uistinu - slabo! U makroskopskim razmerama, zakon o obrnutom kvadratu rastojanja lako je proveriti posmatranjem dinamike našeg Sunčevog sistema. Ali u laboratoriji je vrlo teško proveriti zakon gravitacije. Treba upotrebiti osetljivu torzionu vagu. Prava nevolja sa gravitacijom u devedesetim godinama ovog veka sastoji se u tome što mi, od četiri poznate sile, samo još ovu jednu ne uspevamo da uklopimo u kvantnu teoriju. Kao što sam pomenuo ranije, identifikovali smo čestice koje su prenosioci sile, i to one koje prenose slabu, jaku i elektromagnetnu silu. Ali čestica koja bi bila u vezi sa gravitacijom još nam izmiče. Nadenuli smo naziv toj hipotetičnoj čestici koja bi mogla prenositi gravitacionu silu - graviton - ali nismo nikad nijedan graviton otkrili. Izgrađeni su veoma veliki, veoma osetljivi uređaji koji bi trebalo da otkriju gravitacione talase; očekujemo da gravitacioni talas nastane kad tamo negde, u kosmosu, nastupi neki kataklizmični astronomski događaj - na primer, supernova - ili kad crna rupa najednom proguta neku zlosrećnu zvezdu, ili kad se, što je malo verovatno, sudare dve neutronske zvezde. Ali još nikada nijedan takav događaj nismo otkrili. Traganje se nastavlja.
     Gravitacija je nama problem broj jedan kad god pokušamo da spojimo fiziku čestica sa kosmologijom. Ponašamo se u tome kao da smo antički Grci, naprosto čekamo... čekamo da se nešto desi, nismo sposobni da izvedemo nijedan opit. Eh, kad bismo mogli da napravimo strahovito brz čeoni sudar dve zvezde, a ne dva protona! Tad bismo videli neka stvarna dejstva. Ako su kosmolozi u pravu i ako teorija zvana Veliki prasak još jeste dobra - a mene su neki ljudi ubeđivali nedavno na jednom sastanku da je to tako, da se još nije srušila - onda su u nekoj veoma ranoj fazi sve čestice Vaseljene bile zgurene u jedan veoma malen prostor. Tada je energija po čestici bila ogromna. Gravitaciona sila, ojačana tolikom energijom (a energija je ekvivalent mase), tada je bila toliko velika, da je i u razmerama atoma morala biti dostojna poštovanja. A kvantna teorija jeste gospodarica atoma. Dokle god ne uvedemo i silu teže u porodicu kvantnih sila, nećemo moći da shvatimo pojedinosti Velikog praska, niti da zaista razumemo najdublju strukturu elementarnih čestica.

ISAK I NJEGOVI ATOMI

     Većina proučavalaca Njutnove nauke saglasna je da je on verovao u nešto nalik na čestičnu strukturu materije. Od svih sila, jedino je gravitaciju obradio matematički. Smatrao je da sile između tela, svejedno da li su ta tela Zemlja i Mesec ili Zemlja i jabuka, moraju biti posledica sila između čestica tih tela. (Dakle, onih čestica od kojih su ta tela sazdana.) Ja bih se odvažio da pretpostavim da Njutnovo otkriće diferencijanog računa stoji u vezi sa njegovim verovanjem u atome. Da bismo shvatili silu Zemlja-Mesec, na primer, moramo da upotrebimo našu formulu II. Ali šta će nam tačno biti R - udaljenost između Zemlje i Meseca? Kad bi Zemlja bila sićušna, kao i Mesec, taj problem se ne bi postavljao. Računaš daljinu od središta jednog do središta drugog predmeta, i gotovo. Međutim, da bismo sabrali sile kojima nebrojeno mnoštvo trunčica Zemlje deluje na Mesec - a svaka trunčica snagom koja je vrlo malena - potrebno je primeniti takozvani integralni račun, koji je, zapravo, metod za sabiranje beskonačnog broja beskonačno malih delova. Njutn je pronašao diferencijalni račun upravo te slavne godine 1666. (odnosno, neposredno pre ili posle); sam je rekao da je njegov um te godine bio "izuzetno spreman za postizanje otkrića".
     Nalazimo vrlo malo ili nimalo dokaza o postojanju atomske teorije u sedamnaestom veku. Njutn u knjizi Principia kaže da moramo polaziti od onoga što nam govore čula i razum da bismo shvatili kako dejstvuju mikroskopske čestice od kojih su sačinjena tela. "Pošto tvrdoća celine potiče od tvrdoće delova, mi... s pravom zaključujemo da su tvrde ne samo nepodeljene čestice onih tela koja mi osećamo nego i svih drugih tela."
     Istraživanje optike navelo je i njega, kao i Galileja, da tumači svetlost kao mlaz čestica. Na kraju svoje knjige Optika, Njutn daje sažeti pregled svih tada postojećih zamisli o svetlosti, a onda se baca napred, ispoljavajući hrabrost od koje zastaje dah:

     Zar nemaju čestice raznih tela izvesne svoje moći, svojstva ili sile kojima deluju na daljinu, ne samo na zrake svetlosti da ih odbijaju, prelamaju ili savijaju nego i jedno telo na drugo, pri čemu nastaje veliki deo pojava u prirodi? Jer dobro je znano da tela deluju jedno na drugo gravitacionim, magnetnim i električnim privlačenjima, a ti primeri ukazuju na sklonost i usmerenje prirode i čine da nije neverovatno da bi mogle postojati još neke sile privlačenja... druge sile, koje dosežu samo do rastojanja tako malenih da mi njihovo postojanje još nismo zapazili; moguće je, uz to, da električna privlačnost deluje na malim rastojanjima čak iako nije trenjem pobuđena. (Podvlačenje moje.)

     Ovo je predskazanje; ovo je uvid unapred; možete čak reći da tu leže nagoveštaji velikog objedinjenja svih sila, koje predstavlja Sveti gral fizičara devedesetih godina ovog veka. Zar nije Njutn ovim rečima pozivao na traganje za silama u atomu, koje danas jesu poznate kao slaba i jaka sila? Za silama koje, za razliku od gravitacije, deluju na malenim rastojanjima? Dalje je Njutn pisao:

     Kad se sve uzme u obzir, čini mi se verovatno da je Bog na Početku stvorio materiju u česticama stamenim, masivnim, tvrdim, neprobojnim i pokretnim... a te primitivne čestice, osim što su stamene... jesu i tako tvrde, da se nikad ne mogu istrošiti niti razlomiti na komade; nijedna obična sila ne može podeliti ono što je Bog sam, prilikom Postanja sveta, načinio da bude jedno.

     Dokazi su bili nejaki, ali je Njutn ipak, na osnovu njih, odredio pravac za buduće kretanje fizike; potom je fizika neumoljivo išla napred, svojim krivudavim putem, i stigla u mikrosvet kvarkova i leptona. Traganje za jednom neobičnom silom koja bi ipak mogla da podeli 'ono što je Bog sam načinio da bude jedno' predstavlja danas aktivnu granicu na kojoj fizika čestica pokušava da ostvari napredak.

ONO UTVARNO

     U drugom izdanju knjige Optika, Njutn se postavio malo opreznije, pa je svoje zaključke okružio nizom pitanja. To su pitanja tako otvorena - i tako perceptivna - da čovek u njima može pronaći šta god želi. Ali nije veliko preterivanje ako kažemo da je Njutn možda predosetio, na neki duboko intuitivan način, talasno-čestičnu dvojnost moderne kvantne teorije. Jedna od najnezgodnijih posledica Njutnove teorije jeste problem delovanja na daljinu. Planeta Zemlja tegli jabuku ka sebi. Jabuka padne. Sunce tegli planete ka sebi. Planete se kreću oko Sunca eliptično. Kako se ovo dešava? Kako je moguće da dva tela, između kojih ne postoji ništa osim praznog prostora, prenose silu jedno na drugo? Jedan model, popularan u ono doba, pretpostavljao je da postoji nekakav eter, a to bi značilo nevidljivi, bestelesni medijum koji je uspeo da ispuni sve prostore kosmosa; po toj hipotezi, telo A deluje na telo B pomoću etera.
     Kao što ćemo videti, zamisli o eteru dočepao se Džejms Klerk Maksvel i počeo tvrditi da eter prenosi njegove (Maksvelove) elektromagnetne talase. Ovu zamisao je, međutim, uništio Ajnštajn godine 1905. Ali, baš kao i Paulina, eter je nešto što može da nastrada, pa da se opet vrati živo i zdravo; mi danas verujemo da ipak postoji eter, ali u jednoj novoj verziji (koja je, zapravo, ona praznina o kojoj su govorili Demokrit i Anaksimander) i da se u tom eteru skriva Božija čestica.
     Njutn je na kraju odbacio pojam etera. Njegovo atomističko gledanje na prirodu zahtevalo bi da se i eter sastoji od nekakvih čestica, a on se toj pretpostavci protivio. Osim toga, bilo bi neophodno da eter prenosi razne sile, ali da nimalo ne ometa kretanje tela - na primer, kretanje planeta po njihovim nenarušivim orbitama.
     Njutnov stav ilustrovan je ovim odlomkom iz knjige Principia:

     Postoji neki uzročnik bez koga se ove pokretačke sile ne bi širile po okolnom prostoru; a da li je taj uzročnik neko telo u središtu (kao što je magnet telo u središtu magnetne sile) ili je kakav drugi, to se zasad ne vidi. A ja sam namerio da dam samo matematički prikaz tih sila, bez razmatranja njihovih fizičkih uzroka i odlika.

     Na ovo bi publika u dvorani, kad bi bila sačinjena od fizičara na nekom seminaru današnjice, počela da ustaje, pljeska i kliče, jer ovde Njutn pogađa jednu vrlo modernu temu, a to je da vrednost svake teorije treba oceniti na osnovu opažanja i opita. Šta mari ako Njutn i njegovi današnji poštovaoci ne znaju Zašto gravitacija? Šta stvara gravitaciju? To je filozofsko pitanje sve dok neko ne pokaže da je gravitacija posledica nekog dubljeg koncepta, možda, recimo, neke prostorvremenske simetrije u višim dimenzijama.
     Dosta filozofije. Njutn je ogromno unapredio naše traganje za a-tomom tako što je uspostavio strogi postupak predviđanja, što je dao sintezu koja se može primeniti na ogroman broj fizičkih problema. Ta načela su se postepeno širila kroz svet nauke i ukorenjivala, i imala su, kao što smo videli, ogroman uticaj na praktične veštine kao što su inženjerstvo i tehnologija. Njutnovska mehanika, sa svojom novom matematikom, zaista je osnova jedne piramide, a odozgo su naslagani i nadograđeni svi slojevi fizičkih nauka i tehnologija. Bila je to revolucija, bitna promena u mogućnostima ljudskog mišljenja. Bez ove promene, ne bi bilo industrijske revolucije, niti neprekidnog sistematskog traganja za novim znanjem i novim tehnologijama. Ovim je obeležen prelaz sa statičnog društva koje čeka da se nešto desi na dinamično društvo koje navaljuje da se domogne znanja zato što shvata da iz znanja proističe i kontrolisanje. Osim toga, njutnovska tradicija moćno je podržala redukcionizam.
     Njutnovi doprinosi fizici i matematici i njegova opredeljenost za atomsku Vaseljenu jasno su dokumentovani. Ono što ostaje u izmaglicama jeste uticaj njegovog 'drugog života' na njegov naučni rad. U tom 'drugom životu' bilo je svačega; Njutn se pomno bavio alhemijom, a i posvećivao se okultnoj filozofiji, naročito zamislima takozvanih hermetika, koja sežu u prošlost čak do svešteničke magije drevnih Egipćana. Te svoje delatnosti Njutn je gotovo sasvim prikrio. Kao profesor na lukasovskoj katedri u Kembridžu (sada se na tom mestu nalazi Stiven Hoking), a kasnije i kao član londonskog političkog establišmenta, Njutn nije mogao dozvoliti da njegova odanost ovim nepriznatim religijskim upražnjavanjima postane poznata javnosti, jer bi mu to donelo ogromnu sramotu, a možda bi bio čak i izbačen iz javnog života.
     Hajde da prepustimo Ajnštajnu da iskaže poslednji komentar o Njutnovom radu:

     Oprosti mi, Njutne; ti si našao jedinu putanju koja je, mada jedva dohvatljiva, bila moguća u tvojoj epohi čoveku najviše misaonosti i najveće stvaralačke moći. Koncepti koje si ti stvorio vode i danas naša razmišljanja o fizici, iako sada znamo da ćemo ih zameniti drugim konceptima, još udaljenijim od sfere neposrednog iskustva, zato što to moramo, ako nam je cilj da postignemo dublje razumevanje odnosa stvari.

DALMATINSKI PESNIK

     Još jedna beleška, završna, o ovoj etapi, dobu mehanike, velikoj eri klasične fizike. Frazu 'išao je ispred svog vremena' ljudi koriste često i prečesto. Ali ja ću je ovde ipak upotrebiti. Ne govorim o Galileju niti o Njutnu. Obojica su stigla baš u pravo vreme, ni prerano ni prekasno. Gravitacija, vršenje opita, merenje, matematički dokazi... sve te stvari bile su u vazduhu. Galilej, Kepler, Brahe i Njutn bili su prihvaćeni - slavljeni sa fanfarama! - u sopstvenom vremenu zato što su nastupili sa zamislima koje je naučna zajednica bila spremna da prihvati. Nije svako te sreće.
     Ruđer Josip Bošković, po rođenju Dubrovčanin, koji je veliki deo svoje karijere proveo ipak u Rimu, rođen je 1711. godine, šesnaest godina pre smrti Njutna. Bošković je veoma podržavao Njutnove teorije, ali je imao izvesne probleme sa zakonom gravitacije. Rekao je da su ti problemi u vezi sa 'klasičnom granicom' koja se sastoji u tome što, kad su razdaljine veoma velike, možeš da se opredeliš za neku približno tačnu vrednost. Bošković je tvrdio da su Njutnovi zakoni gravitacije "maltene savršeno tačni, ali da izvesna odstupanja od zakona o obrnutom kvadratu rastojanja ipak postoje, iako su vrlo malena." Nagađao je da će ovaj klasični zakon morati sasvim da se 'sruši' na atomskoj razmeri veličina, na kojoj su sile privlačenja zamenjene oscilacijama između privlačnih i odbojnih sila. Zaprepašćujuća misao za naučnika u osamnaestom veku.
     Bošković se rvao i sa starim problemom delovanja iz daljine. Pošto je bio pre svega i iznad svega geometar, došao je na zamisao da postoje polja sile pomoću kojih možemo da objasnimo kako tela deluju na druga tela na rastojanju. Ali, čekajte, nije to sve!
     Bošković je imao još jednu zamisao, potpuno ludačku za osamnaesti vek (a možda i za bilo koji drugi). Materija je sazdana od nevidljivih i nedeljivih a-toma, rekao je on. Dobro, to nije osobito novo, sa tim bi se saglasili i Leukip, Demokrit, Galilej, Njutn i drugi. Ali čujte ovo što je novo: Bošković je tvrdio da te čestice nemaju veličinu; naime, da su geometrijske tačke. Jasno je, kao i kod mnogih drugih zamisli u nauci, da se za ovo mogu naći nagoveštaji u radovima ranijih naučnika; verovatno već kod starih Grka, a naravno i kod Galileja. Kao što ste možda zapamtili na časovima geometrije u srednjoj školi, tačka je samo jedno mesto. Bez dimenzija. A Bošković tvrdi, ni manje ni više, da je materija sazdana od čestica koje nemaju nikakve dimenzije! Mi nađosmo, evo pre dvadesetak godina, jednu česticu koja odgovara tom opisu. Nazvasmo je kvark.
     Vratićemo se još na gospodina Boškovića.

4. NASTAVLJAMO TRAGANJE ZA ATOMOM: HEMIČARI I ELEKTRIČARI

     Naučnik ne prkosi Vaseljeni. Prihvata je. To je njegova hrana koju treba sa uživanjem grickati; to je njegovo carstvo koje treba istraživati; to je njegova pustolovina i oduševljenje kome nikad kraj ne dolazi. Može se desiti da ti u rukama popusti i da izmakne, ali ne može nikad biti dosadna. Vaseljena je predivna i u malim i u velikim razmerama. Ukratko, istraživanje Vaseljene najuzvišeniji je posao kojim se jedan džentlmen može baviti.

     I. I. Rabi

     Evo priznanja. Nisu samo fizičari tragali za Demokritovim a-tomom. I hemičari su, nema spora, učinili nešto, naročito tokom onog dugog razdoblja (približno od 1600. do 1900. godine) kad se razvijala klasična fizika. Razlika između hemičara i fizičara nije stvarno nepremostiva. Ja sam počeo kao hemičar, ali sam se prebacio na fiziku, između ostalog i zato što je fizika bila lakša. Od tada sam često zapažao da neki od mojih najboljih prijatelja razgovaraju i sa hemičarima.
     Hemičari su uradili nešto što fizičari pre njih nisu. Obavili su opite koji imaju veze sa atomima. Galilej, Njutn i ostali, iako su opitima postigli mnogo toga, ostadoše ipak, kad je reč o atomima, samo na čistom teoretisanju. Nije to bilo iz lenjosti; naprosto, nisu imali opremu. Tek su hemičari izveli prve opite u kojima su atomi bili naterani da pokažu da su prisutni. U ovom poglavlju pozabavićemo se bogatim eksperimentalnim dokazima u prilog postojanja Demokritovih a-toma. Videćemo koliko je bilo neuspelih početaka u toj trci, koliko 'crvenih haringi' koje zavedu ispitivaoce na sasvim pogrešan put, koliko rezultata pogrešno tumačinih. A ovo poslednje je večiti otrov za eksperimentatore.

ČOVEK KOJI JE OTKRIO DEVET PALČEVA NIČEGA

     Pre nego što pređemo na baš prave hemičare, moramo pomenuti naučnika koji se zvao Evanđelista Toričeli (Evangelista Toricelli, 1608-1647). On je premostio provaliju između mehanike i hemije, u pokušaju da vrati atomizmu status ozbiljne naučne teorije. Ponoviću, Demokrit govoraše: "Ne postoji ništa osim atoma i praznog prostora; sve ostalo su samo mnjenja." Prema tome, ako hoćeš da dokažeš vrednost atomizma, potrebni su ti atomi, ali takođe su ti potrebni prazni prostori između njih. Aristotel se protivio i samoj zamisli vakuuma, govorio je: "Priroda se užasava vakuuma", što je posle nastavila da govori katolička crkva, čak i tokom renesanse.
     Tu se umešao Toričeli. Bio je jedan od Galilejevih učenika u vreme kad je Galilej već bio u poznim godinama. Leta Gospodnjeg 1642. dade Galilej ovom svome učeniku jedan zadatak. Firentinski kopači bunara primetili su da usisna pumpa nikako neće da povuče vodu više od 10 metara uvis. Zbog čega bi to bilo tako? Početna pretpostavka, koju su zastupili Galilej i drugi, glasila je da vakuum jeste jedna 'sila', da pumpa proizvodi delimični vakuum, a onda taj delimični vakuum povuče vodu uvis koliko može. Galilej, očigledno, nije želeo da se bavi problemima tamo nekih bunardžija, pa je poslao momka da to vidi.
     Toričeli je uvideo da vodu ne vuče ništa uvis, nego da je nešto gura odozdo - i da to nešto jeste normalan pritisak vazduha. Kad pumpa isisava vazduh iznad stuba vode, na tom mestu nastaje manji pritisak, ali pošto normalan vazduh svuda oko te pumpe vrši na površinu vode jak pritisak (pa i na vodu koja je utonula u slojeve zemlje oko bunara), voda mora da se pomakne nagore. Godinu dana posle Galilejeve smrti, Toričeli je proverio ovu svoju teoriju. Računao je ovako: pošto je živa 13,5 puta gušća od vode, trebalo bi da potisak vazduha odgura živu uvis kroz cev 13,5 puta manje nego što uspeva vodu; a to bi bilo oko 760 milimetara. Toričeli je nabavio debelu staklenu cev dugačku oko 1 metar, zatvorenu na dnu. Obavio je jedan jednostavan opit. Nasuo je u tu cev živu, sve do vrha. Uzeo je čep i zatvorio cev. Onda je prevrnuo cev naopačke, zagnjurio u činiju punu žive i izvukao čep. Jedan deo tog tečnog metala izlio se iz cevi u zdelu. Ali, baš kao što je Toričeli predvideo, 760 milimetara živinog stuba ostalo je u cevi.
     Ovaj događaj od prekretnog značaja u fizici često se pominje kao pronalazak prvog barometra, što, dabome, i jeste. Toričeli je opazio da se visina živinog stuba menja iz dana u dan zato što i pritisak vazduha varira. Toričelijeva cev merila je ove fluktuacije atmosferskog pritiska. Ali nas ovde zanima nešto kudikamo značajnije. Hajde da zaboravimo taj stub žive visok trideset palaca i da gledamo samo onih praznih devet palčeva na onom kraju cevi koji je sada gore. Tu stvarno nema ničega. Praznina. Staklena cev, a u tom njenom delu nema žive, ali ni vazduha. Dobro, nije baš sasvim tako; to je prilično dobar vakuum, ali živa isparava, pa se tu nađe pogdekoji molekul živine pare, i to, u zavisnosti od temperature, možda malo više ili malo manje. Taj vakuum možemo meriti jedinicom za pritisak koja se zove 'tor' po Toričeliju (ali je danas izvan sistema prihvaćenih mernih jedinica) i kazati da iznosi oko 10-6 tora, a to znači oko jedan milijarditi deo normalnog vazdušnog pritiska. Moderne pumpe postižu 10-11 tora, pa i bolje od toga. U svakom slučaju, Toričeli je postigao prvi veštački stvoreni visokokvalitetni vakuum. Od tog zaključka nije se moglo odstupiti - nije se imalo na koju stranu uzmicati. Možda se priroda užasava, a možda se i ne užasava vakuuma, ali svakako mora da ga otrpi ponegde.
     E, sad kad smo dokazali da postoji prazan prostor, bilo je potrebno da nađemo i atome koje ćemo u njega staviti.

SABIJANJE GASA

     Nastupa Robert Bojl (Robert Boyle). Ovog hemičara, po rođenju Irca, drugi hemičari optuživali su da razmišlja odveć fizičarski, a nedovoljno hemičarski, ali njegova dostignuća nesumnjivo spadaju prvenstveno u oblast hemije. Bio je to eksperimentator čiji su se mnogi opiti pokazali kao sasvim neuspešni i uzaludni - pa ipak, on je unapredio zamisao atomizma u Engleskoj i na evropskom kontinentu. Bio je poznat kao otac hemije i ujak Erla od Korka.
     Pod uticajem Toričelijevog rada, Bojl se oduševljeno posvetio raznim vakuumima. Unajmio je Roberta Huka, onog istog 'Maleckog' koji je toliko voleo Njutna, da mu napravi bolju pumpu za vazduh. Vazdušna pumpa navodila je na razmišljanje o gasovima, za koje je Bojl uvideo da su ključ za atomizam. Ovde mu je možda i pomogao Huk, koji je ukazao na to da pritisak gasa na zidove posude u koju je gas zarobljen - pritisak, recimo, vazduha iznutra na zidove balona - može biti posledica navaljivanja cele 'bujice' atoma. Ne vidimo na balonu pojedinačna ispupčenja zato što je bujica sačinjena od milijardi i milijardi atoma koji navaljuju na zid i stvaraju privid glatkog potiska prema spolja.
     Kao i Toričeli, Bojl je upotrebio za svoj opit živu. Uzeo je staklenu cev u obliku latiničnog velikog slova 'J', visoku oko 220 centimetara; potpuno je zatvorio taj donji, kraći kraj (malo povijen nagore); zatim je u onaj visoki, otvoreni deo cevi počeo da sipa živu. Živa se prvo slila na dno i izvesna količina vazduha ostala je 'uhvaćena u klopku' u kraćem, nagore povijenom kraju 'J'. Što je više žive Bojl dolivao, to se više smanjivao vidljivi prostor u kome se nalazio taj zarobljeni vazduh. Ali se u isto vreme povećavao pritisak u tom prostoru, što se lako videlo po činjenici da je u otvorenom, visokom kraku tog staklenog 'slova J' stub žive bio sve viši i viši u odnosu na stub žive u kratkom, zatvorenom kraku. Tu razliku u visini lako je bilo izmeriti. Bojl je ustanovio da se zapremina vazduha menja obrnuto srazmerno pritisku koji na njega izvršimo. Pritisak na vazduh u kraćem, povijenom delu cevi posledica je dodatne težine višeg stuba žive, ali i normalnog atmosferskog pritiska koji površinu te žive gura nadole. Kad je Bojl dolio toliko žive da se pritisak udvostručio, zapremina zarobljenog vazduha smanjila se na polovinu. Kad je pritisak postao triput veći, vazduh se sabio u trećinu negdašnje zapremine i tako dalje. Ovaj efekat postao je poznat kao Bojlov zakon, i, evo, i do danas je jedan od uporišnih zakona hemije.
     Još važnija posledica, izvanredno značajna, jeste zaključak da se vazduh, a i svaki drugi gas, može sabijati. Jedan od načina da ovo shvatimo jeste da pretpostavimo da se gas sastoji od čestica razdvojenih praznim prostorom. Pritisak ih sabija da budu sve bliže i bliže jedna drugoj. Da li je to dokaz da atomi postoje? Nažalost, moguće je zamisliti i druga objašnjenja; Bojlov opit je samo pružio naučnicima dokaz koji jeste u skladu sa atomističkom teorijom. Ali i taj jedan dokaz bio je dovoljan da ubedi neke naučnike, među kojima se našao i Isak Njutn, da treba krenuti putevima atomističke teorije materije. Bojlov opit je, osim toga, bacio barem jedan izazov u lice Aristotelovoj teoriji da je materija kontinualna, svuda povezana i neprekinuta. Ostao je problem sa tečnostima i sa čvrstim telima; ni jedno ni drugo ne možeš sabijati tako zgodno kao gasove. To, međutim, nije značilo da tečnosti i čvrsta tela nisu sačinjeni od atoma; samo je značilo da sadrže manje praznog prostora.
     Bojl je bio veliki borac za načelo da treba vršiti opite; u sedamnaestom veku, opit je, i posle uspeha koje su postigli Galilej i drugi, još bio smatran za nešto sumnjivo. Bojl je vodio dugu raspravu sa holandskim filozofom Benediktom Spinozom (Benedict Spinoza), koji se, inače, bavio glačanjem sočiva; pitanje je bilo mogu li se opitima pribavljati dokazi. Po Spinozi, jedino logičkim razmišljanjem čovek može uopšte nešto dokazati; a opit je naprosto sredstvo za potvrđivanje ili obaranje pojedinih zamisli. Čak i neki veliki naučnici kao Hajgens i Lajbnic gledali su na vršenje opita podozrivo. Oduvek eksperimentatori moraju u svoje bitke da kreću uzbrdo.
     Bojlova nastojanja da dokaže da postoje atomi (ali on je za njih govorio da su 'korpuskule') unapredila su hemiju, koja je tad bila u stanju popriličnog rasula. Preovlađujuće uverenje u tim vremenima bilo je ono prastaro Empedoklovo o četiri elementa, a to su vazduh, zemlja, vatra i voda; samo su, tokom godina, dodati neki novi: so, sumpor, živa, flegma ('flegma'?!), ulje, špiritus, kiselina i alkal. U sedamnaestom veku verovalo se ne samo da su to najjednostavnije tvari poznate po raspoloživoj teoriji nego se smatralo i da su to ključni sastojci svega. Mislilo se, na primer, da je u svakom jedinjenju prisutna kiselina. Kako su hemičari morali biti zbunjeni! Sa takvim polaznim pretpostavkama, sigurno im je bilo nemoguće da ispitaju čak i najjednostavniju reakciju. Bojlova telašca vodila su ka jednom metodu analize jedinjenja koji je mnogo jednostavniji zato što je u znatno većoj meri redukcionistički.

IGRA NAZIVIMA

     Jedan od problema sa kojima su se hemičari suočavali u sedamnaestom i osamnaestom veku bio je taj što su mnogim hemikalijama nazivi davani na besmislen način. Antoan Loran Lavoazije (Antoine Laurent Lavoisier) izmenio je sve to godine 1787. tako što je objavio svoje klasično delo Metoda hemijske nomenklature. Lavoazijea bismo mogli nazvati 'Isak Njutn hemije'. (Ko zna, možda hemičari kažu da je Isak Njutn bio 'Lavoazije fizike'.)
     Lavoazije je bio zapanjujući lik. Dokazao se kao geolog odličnim radom u toj oblasti. Bio je i pionir u naučnom radu u oblasti agrotehnike, takođe je bio izvrstan finansijer, ali i socijalni reformator koji je doprineo izbijanju francuske građanske revolucije. Uspostavio je nov sistem težinskih i drugih mernih jedinica, što je dovelo do uspostavljanja sistema metar-kilogram-sekund, koji je na kraju preovladao u civilizovanim nacijama. (Tokom devedesetih godina dvadesetog veka Sjedinjene Američke Države počinju mic-po-mic da se kreću u tom istom pravcu, da bi smanjile svoju zaostalost.)
     Prethodno stoleće proizvelo je planinu podataka, ali beznadežno dezorganizovanih. Nazivi pojedinih tvari - pomfoliks, kolkothar, arsenikov maslac, cinkov cvet, orpiment, bojni etiop - bili su živopisni, ali nisu davali nikakav nagoveštaj o redu ili poretku koji bi ispod njih mogao postojati. Jedan od Lavoazijeovih mentora rekao mu je jednom prilikom da "umetnost razmišljanja nije ništa drugo do jezik dobro uređen" i Lavoazije je to najozbiljnije shvatio. Preuzeo je, kasnije, na svoja pleća zadatak da reorganizuje celu hemiju i da odredi nove nazive za sve u njoj. Bojni etiop je preimenovao u oksid gvožđa; orpiment tada postade arsenik-sulfid. Razni prefiksi kao 'oks' i 'sulf', i sufiksi kao 'id' i 'ik' pomogli su da se srede i katalogizuju nebrojene hiljade jedinjenja. Koliko vredi sam naziv? Ponekad je nomenklatura sudbina. Da li bi Arčibald Lič dobio onolike glavne uloge u filmovima da nije promenio ime u Keri Grant?
     Posao pred Lavoazijeom nije bio baš tako jednostavan. Da bi mogao da revidira nomenklaturu, morao je prvo da revidira samu hemijsku teoriju. Lavoazijeovi glavni doprinosi hemiji bili su u vezi sa prirodom gasova i prirodom sagorevanja. Hemičari osamnaestog veka verovali su da ako zagrevaš vodu, ona se polako pretvara u vazduh; smatrali su da je vazduh jedini pravi gas. Lavoazijeove studije dovele su do uviđanja da svaki hemijski element može postojati u tri agregatna stanja, a to su čvrsto, tečno i gasovito. Lavoazije je ustanovio da je sagorevanje hemijska reakcija u kojoj se tvari kao što su ugljenik, sumpor ili fosfor vezuju sa kiseonikom. Srušio je teoriju o flogistonu, jednu tipično aristotelovsku prepreku shvatanju stvarne prirode hemijskih reakcija. I ne samo to: Lavoazijeov stil istraživanja, zasnovan na preciznosti, izvrsnoj opitnoj tehnici i kritičkoj analizi dobijenih podataka, postavio je hemiju na put kojim se ona i danas kreće. Lavoazijeov neposredan doprinos atomizmu bio je neznatan, ali je Lavoazije postavio celokupnu hemijsku nauku na čvrste temelje, bez kojih naučnici u sledećem veku ne bi uspeli da daju neposredne dokaze o postojanju atoma.