Ledermen Lion

BOŽIJA ČESTICA

Prevod: Nedeljković B. Aleksandar

Lederman Leon GOD PARTICLE (THE), 1993.


SFINGA
1997.

UVOD

     Sviđaju mi se relativnost i kvantna teorija.
     Doduše, ništa o njima jasno ne uspevam da naučim,
     ali vidim da se u njima prostor pomera, uvija
     kao labud na vodi kad ga neki nemir muči.
     Uzalud mu prilaziš sa metrom i satom,
     za merenje prostora nikad nije pravi dan.
     Jer neku volju, vidite, ima i atom,
     pa svaki čas menja svoje htenje i plan.

     D. H. Lorens

DRAMATIS PERSONAE

     Atomos ili a-tom: Teorijski predviđena čestica. Pronašao ju je Demokrit. Ovaj a-tom mora biti nedeljiv i nevidljiv. On je najmanja jedinica materije. Ne treba ga mešati sa takozvanim hemijskim atomom, koji je samo najmanja jedinica nekog hemijskog elementa (vodonika, recimo, ili ugljenika, kiseonika i tako dalje).
     Kvark: I ovaj je a-tom. Postoji šest različitih kvarkova - pet ih je otkriveno, a za onim šestim se još traga (sada, godine 1993). Svaki od te šestorice junaka može biti u tri boje. Samo dvojica od njih šestorice, kvark gore i kvark dole, postoje prirodno u današnjoj Vaseljeni.
     Elektron: Prvi otkriveni a-tom, još godine 1898. Za njega se, kao i za sve savremene a-tome, veruje da ima čudnovatu odliku 'nultog prečnika'. Član je leptonske porodice a-toma.
     Neutrino: Još jedan a-tom iz porodice leptona. Postoje tri vrste neutrina. Od njih se ne gradi materija, ali su bitni za izvesne reakcije. Pobeđuju na takmičenjima minimalista: imaju naelektrisanje nula, prečnik nula, a i masu, najverovatnije, nula.
     Muon i tau: Ovi leptoni su rođaci elektrona, samo su mnogo teži.
     Foton, graviton, W+, W- i Z0: sve vam je ovo jedna porodica. Jesu čestice, ali nisu čestice materije kao kvarkovi i leptoni. Prenose elektromagnetnu, gravitacionu, slabu i jaku silu, tim redom kako ih nabrojasmo. Od svih njih, jedino još graviton nije otkriven.
     Praznina: Ništa. Ništavilo. To vam je ono prazno kroz koje se a-tomi kreću. Današnji teoretičari su zasuli prazninu (kao izletnici otpacima) svakojakim kršem virtuelnih čestica i drugim smećem. Savremena reč za prazninu glasi 'vakuum'. Ali ponekad se kaže i 'eter' (vidi ispod).
     Eter: Izmislio ga je ser Isak Njutn (Isaac Newton), po drugi put ga je izmislio Džejms Klerk Maksvel (James Clerk Maxwell). To vam je ono nešto što, ipak, ispunjava prazninu Vaseljene. Ajnštajn (Albert Einstein) je dokazao njegovo nepostojanje i odbacio ga, ali eter se sada, ipak, krišom nekako vraća i uvlači na pozornicu, kao onaj bivši američki predsednik Ričard Nikson. Jeste, eter je vakuum, zaista, ali, natovaren česticama koje su samo teorijski postojeće, dakle, samo su aveti, duhovi čestica.
     Akcelerator: Sprava u kojoj povećavamo energiju čestica. Pošto je E = mc2, akcelerator učini da te čestice postanu teže.
     Eksperimentator: fizičar koji vrši opite.
     Teoretičar: fizičar koji ne vrši opite.

     Predstavljamo vam i glavnog glumca...

     BOŽIJU ČESTICU

     (poznatu i pod nazivima Higsova čestica, ili Higsov bozon, ili Higsov skalarni bozon)

1. NEVIDLJIVA FUDBALSKA LOPTA

     Ništa ne postoji osim atoma i praznog prostora; sve ostalo su samo mnjenja.

     Demokrit iz Abdere

     U samom početku beše praznina - jedna neobična vrsta vakuuma - jedno ništa u kome nije bilo ni prostora, ni vremena, ni materije, ni svetlosti, ni zvuka. Pa ipak su zakoni prirode bili tu, i bili su na snazi, a ovaj čudnovati vakuum imao je svoj potencijal. Kao divovska stena koja leži na samom rubu ogromno visoke litice...
     E, čekajte malo.
     Pre nego što stena padne, bilo bi pošteno da priznam da zaista pričam sasvim napamet. Logično je da priča počne od početka. Ali ovo je priča o Vaseljeni, a mi, nažalost, nemamo nikakvih podataka o Samom Početku. Nikakvih. Nula, ništa. Ne znamo mi baš ništa o Vaseljeni pre nego je navršila jedan milijarditi deo bilionitog dela prve sekunde - veoma kratko razdoblje posle trenutka samog njenog stvaranja u Velikom prasku. Prema tome, dobro pazite: kad god čitate ili slušate 'kako je rođena Vaseljena', to neko izmišlja. Tu ste na području filozofije. Samo Bog zna šta se desilo na Samom Početku. Ali, do dana današnjeg, Ona nam to nije rekla.
     Dobro, gde smo stali? A-ha...
     Kao divovska stena koja se nadnosi nad zjapeći bezdan, Ništavilo je čekalo, u ravnoteži tako izvrsnoj da je samo jedan najobičniji hir, ništa više, jedno proizvoljno 'e baš mi se hoće', bio sasvim dovoljan uzrok za promenu - koja se, stvarno, i dogodila, i stvorila Vaseljenu. Tek tako: bum! Ništavilo je eksplodiralo. U toj prvoj provali ognja stvoreni su i prostor i vreme.
     Iz te energije izronila je materija - gusta plazma čestica koja se rastopila u zračenje, a onda opet zgusnula u materiju. (Sad već imamo u rukama bar poneku činjenicu, i bar nešto malo teorije, makar i spekulativne. Sa to malo činjenica, i malo nekih hipotezica, već može da se radi.) Čestice su se sudarale, i na taj način dovodile do rađanja novih čestica. Vreme i prostor su ključali i penušali se, crne rupe su se stvarale i rastakale. Kakav je to prizor bio!
     U toku tog širenja, Vaseljena se i hladila. Osim toga, postajala je manje gusta. Čestice su se učvršćivale, a sile su se razdvajale jedna od druge. Nastajali su protoni i neutroni, zatim atomska jezgra, pa i celi atomi; i ogromni oblaci prašine su nastajali, a oni su, nastavljajući da se rasprostiru u sve šira prostranstva, ponegde ipak počinjali - onako, lokalno, samo u najbližem susedstvu - da se zgrušnjavaju, stvarajući zvezde, galaksije i planete. Na jednoj planeti, jednoj sasvim običnoj, koja kruži oko jednog sasvim osrednjeg sunca, kao trunčica u jednom spiralnom kraku jedne sasvim obične galaksije - vaspostavili su se zatalasani kontinenti i uzavreli okeani, a posle se u okeanima pojavilo i mnogo nečeg ljigavog. To ljigavo bili su organski molekuli, koji su otpočeli svoje reakcije, sagradili belančevine, i život je počeo. Iz jednostavnih organizama razvile su se, evolucijom, biljke i životinje, i jednog dana pojavila su se i ljudska bića.
     Glavna razlika između ljudskih i ostalih bića bila je u tome što je jedino ta živa vrsta osećala silnu radoznalost u vezi sa svojom okolinom. Tokom dugog vremena, među ljudima su se dogodile i mutacije; jedna čudnovata podvrsta ljudskih stvorova počela je da lunja tamo-amo po svetu. Nadmeni neki stvorovi to behu. Umesto da naprosto uživaju u veličanstvenosti Vaseljene, oni stalno nešto zapitkuju. Kako ovo? Kako ono? Kako je stvorena Vaseljena? Kako je moguće da jedna ista vaseljenska 'tvar' proizvede tako nepojamnu raznovrsnost našeg sveta - zvezde i planete, morske vidre i okeane, korale i Sunčev sjaj, ljudski mozak? Na ovo poslednje pitanje mutanata mogao se naći odgovor, ali tek posle nekoliko hiljada godina mukotrpnog truda, silnog posvećivanja tom radu, upornog prenošenja znanja sa učitelja na učenika, i tako dalje, i tako dalje... stotinama pokolenja. Pitanje je dovelo i do mnoštva netačnih i postiđujuće glupavih odgovora. Ali ovi mutanti su urođeno nesposobni da se postide u slučaju da nešto ne znaju ili promaše. Nazivaju se: fizičari.
     Oni su mozgali o tom pitanju već nekih dve i po hiljade godina. Da se razumemo - to je, na kosmološkoj skali vremena, tek treptaj oka. Mi danas, posle dvadeset pet vekova njihovog truda, počinjemo naslućivati celinu priče o Postanju. Pomoću naših mikroskopa i teleskopa, opservatorija i laboratorija - i pomoću naših svezaka u kojima beležimo štošta - počinjemo nazirati čistu i prečistu lepotu i simetriju koje vladahu prvim trenucima Vaseljene. Maltene vidimo kako je to izgledalo. Ali, maltene; ne baš sasvim. Slika još nije jasna - štaviše, osećamo da nam nešto zaklanja pogled; nešto, neka mračna sila koja pomućuje, prikriva, zapetljava suštinsku jednostavnost našeg sveta.

KAKO DEJSTVUJE VASELJENA

     Ova knjiga posvećena je jednom problemu, a to je onaj koji izaziva pometnju u nauci još od antičkih vremena. Šta su poslednji, krajnji, najmanji delići od kojih je materija sagrađena? Grčki filozof Demokrit dao im je naziv atomi. Na grčkom jeziku bi 'a tomos' značilo: onaj koji se ne može seći. Mi ćemo reći da je to a-tom; tako napisano, sa crticom. Pazite dobro, to nije onaj atom o kome ste učili na času hemije u srednjoj školi - recimo, atom vodonika, helijuma, litijuma, i tako redom sve do urana i još težih. Hemijski atom jeste (sa našeg današnjeg stanovišta, ali, zaista, i sa Demokritovog stanovišta) jedna velika, složena i zamršena hrpa koječega. Hemijski atom je prepun raznoraznih i kojekakvih 'celina'. Gledano očima fizičara, hemijski atom je puna kanta (i to kanta za smeće) elektrona, protona i neutrona, a protoni i neutroni su takođe kante, ili kofe, pune nekih manjih momaka. Međutim, mi baš hoćemo da znamo šta je ono najsitnije, najprimitivnije, i kakve sile upravljaju društvenim životom tih najjednostavnijih čestica. E, ta najjednostavnija, koju još nismo pronašli, to je Demokritov a-tom, to je ključ za shvatanje materije.
     Materija koju danas vidimo oko sebe prilično je složena. Postoji stotinak različitih vrsta hemijskih atoma. Broj korisnih, upotrebljivih kombinacija tih atoma (hemijskih) može se izračunati, i ogroman je: postoje milijarde i milijarde toga. Priroda je iskoristila neke od tih kombinacija hemijskih elemenata (za koje imamo i naziv: molekuli) i napravila planete, sunca, viruse, planine, čekove za plaćanje bez gotovog novca, pilule aspirina, literarne agente i druge korisne predmete. Ali nije oduvek bilo tako. Tokom najranijih trenutaka posle nastanka Vaseljene, dakle posle Velikog praska, nije postojala ta raznovrsnost materije kakvu poznajemo danas. Nije bilo atomskih jezgara, a ni atoma, nije bilo ničeg što bi se sastojalo od nekih manjih, jednostavnijih delića. A zašto? Zato što ogromna vrelina te rane Vaseljene nije još dopustila da se ma šta složeno uobliči ili održi; ako je u nekom sudaru i nastalo nešto što bi bilo složeno od, recimo, dva delića, odmah se i raspadalo zbog tako visoke temperature. Tada je postojala, možda, samo jedna jedina vrsta čestica i samo jedna jedina sila - ili, čak, samo jedna, objedinjena sila/čestica - a postojali su i zakoni fizike. U tom praiskonskom entitetu, već su se krile klice iz kojih će nastati kasniji složeni svet, u kome će jednog dana, evolucijom, nastati i ljudski rod, čija je možda glavna svrha postojanja upravo da razmišlja o tim stvarima. Vama će se možda učiniti da je ta praiskonska Vaseljena bila dosadna, ali za fizičara koji radi na polju elementarnih čestica to su bila zlatna vremena! Iako ih danas sagledavamo tek kao kroz maglu, samo kroz naša nagađanja, ipak osećamo da su to bila vremena predivna u svojoj jednostavnosti.

POČETAK NAUKE

     Čak i pre mog junaka Demokrita, bilo je grčkih filozofa koji su se usuđivali da pokušaju objasniti svet pomoću racionalnih dokaza, strogo izbegavajući praznoverja, mitove i uskakanja raznih bogova u igru. Pomenute tri stvari (praznoverice, mitovi i bogovi) bile su, u to doba, veoma korisne ljudima, kao ispomoć za opstajanje u jednom svetu koji je bio pun zastrašujućih i prividno nasumičnih pojava. Ali Grci su bili zadivljeni i postojanjem mnogih pravilnih stvari na svetu: redovnim smenjivanjem dana i noći, kao i godišnjih doba, delovanjem vatre, vode i vetra. Već oko 650. godine pre Hrista, u Sredozemlju je postojala moćna tehnologija. Ljudi su umeli da premeravaju zemljište. Na moru su znali da se orijentišu po zvezdama. Imali su vrlo usavršenu metalurgiju. Podrobno su poznavali položaje zvezda i planeta, zahvaljujući čemu su pravili kalendare i predviđali kad će se šta dešavati. Proizvodili su elegantne alatke, fine tkanine, keramiku kitnjasto oblikovanu i obojenu. U jednoj od kolonija grčkog carstva gde je trgovina bila veoma razvijena, u gradiću Miletu na zapadnoj obali poluostrva koje danas pripada Turskoj, rodilo se uverenje da je svet, iako izgleda zamršen i složen, u biti ipak jednostavan i da se logičkim razmišljanjem može proniknuti do te suštinske jednostavnosti sveta. Još dve stotine godina je prošlo - i pojavio se u drugom gradiću, Abderi, taj Demokrit, koji je izneo pretpostavku da ključ za jednostavnu Vaseljenu jesu a-tomi. Potraga je tog trenutka krenula.
     Fizika je nastala iz astronomije zato što su najraniji filozofi dizali pogled sa strahopoštovanjem ka noćnom nebu i tragali za logičkim modelima pomoću kojih bi mogli objasniti raspored zvezda na nebu, pomeranje planeta, izlazak i zalazak Sunca. Kako je vreme prolazilo, tako su neki od naučnika počinjali gledati i Zemlju i pojave na njoj - pad jabuke sa drveta, let strele, ravnomerno kretanje klatna, vetar, plimu; iz svega toga izveli su 'zakone fizike'. U doba renesanse fizika je procvala i postala, negde oko 1500. godine, zasebna naučna disciplina. Valjali su se vekovi dalje, a naše moći opažanja su se izoštravale zato što smo pronašli mikroskop, teleskop, vakuumsku pumpu, razne vrste časovnika i tako dalje; nailazili smo na sve veći broj pojava koje možeš potanko opisati tako što ćeš zapisivati brojeve u svoju svesku, praviti tablice, iscrtavati grafikone, a onda trijumfalno izjaviti da se priroda tačno držala matematičkih zakona.
     Dok smo dogurali do početka dvadesetog veka, atomi su postali prednja, udarna granica napretka fizike; a oko 1940. godine glavna istraživanja usmerila su se na atomsko jezgro. Sve više raznih oblasti ulazilo je u domet naše moći opažanja. Pravili smo sve moćnije instrumente i zavirivali u stvari sve sitnije. Iza posmatranja i merenja neizbežno su nastupale naše sinteze, sažeta zbrajanja svega dotad saznatog. Sa svakim krupnim nadiranjem napred, polje fizike se delilo na potpolja. Neki naučnici su odmicali redukcionističkim putanjama ka nuklearnom i subnuklearnom području, dakle ka sve sitnijim česticama, dok su drugi išli putanjom ka objedinjenom sagledavanju celog atoma (to je atomska fizika), celog molekula (to radi molekularna fizika, a i hemija) i tako dalje.

KAKO JE LAV (LION) UPAO U KLOPKU

     Počeo sam kao dete koje su zanimali molekuli. Naime, bio sam klinac koji je u srednjoj školi i na početku studija voleo hemiju, ali malo-pomalo prelazio sam na fiziku, koja mi je bila nekako čistija - u suštini, slobodna od svih onih, znate, mirisa. Veoma su na mene uticali klinci sa fizike zato što su bili zabavniji i bolje igrali košarku. U našoj grupi džin ka kome smo svi dizali pogled bio je klinac po imenu Ajzak Halpern (Isaac Halpern), sada profesor fizike na Vašingtonskom univerzitetu. On je govorio da do oglasne table odlazi, na dan kad se tamo pojave naše ocene, samo iz jednog razloga: da vidi da li su uz njegovo ime slova 'A' - oznaka za najvišu ocenu - štampana 'sa ravnim vrhom ili sa šiljatim'. Naravno da smo ga svi voleli. Osim toga, on je mogao da skoči u dalj znatno više od nas.
     Razne teme iz fizike mene su zanimale zato što sam u njima nalazio sasvim izoštrenu logiku i opite sa sasvim jasnim posledicama. Na mojoj završnoj godini studija moj najbolji prijatelj iz srednje škole Martin Klajn (Martin Klein), koji je sad istaknuti ajnštajnista na Univerzitetu Jel, počeo je da me ubeđuje u to kakve su sve divote fizike. Jedne duge večeri, posle mnogo popijenih čaša piva, ubedio me je. Stupio sam u vojsku kao diplomirani hemičar rešen da postane fizičar, kad i ako preživi pešadijsku obuku i Drugi svetski rat.
     Tek godine 1948. ja sam se konačno 'rodio' u svetu fizike, tako što sam počeo pripremati doktorsku disertaciju radeći na tada najmoćnijem akceleratoru čestica na svetu. Bio je to sinhrotron na Univerzitetu Kolumbija. Predsednik tog univerziteta zvao se Dvajt Ajzenhauer (Dwight Eisenhower). Tek juna 1950. godine Ajzenhauer je presekao vrpcu i svečano pustio ovaj sinhrotron u rad. Pošto sam ja pomogao Ajku da dobije rat, vlasti na Univerzitetu Kolumbija su me volele - mnogo. Zato su mi plaćali, čak, celih četiri hiljade dolara za godinu dana rmbanja od po devedeset sati nedeljno. Bila su to vrtoglava vremena. Tokom pedesetih godina, taj sinhrotron i drugi akceleratori stvoriše jednu novu naučnu disciplinu, fiziku čestica.
     Za posmatrače spolja verovatno najprimetnija odlika fizike čestica jeste oprema koju mi imamo, naši instrumenti. Ja sam se u potragu uključio upravo u doba kad su akceleratori sazrevali. Sledećih četrdeset godina oni su dominirali fizikom, a dominiraju i danas. Prvi 'razbijač atoma' bio je spravica nekih dvadesetak centimetara u prečniku. Današnji najjači akcelerator nalazi se u Fermijevoj nacionalnoj akceleratorskoj laboratoriji (skraćeno: Fermilabu) u gradu Batavija, u saveznoj državi Ilinoj. Ova Fermilabova mašina, zvana 'Tevatron', ima obim od šest i po kilometara; u njoj se izvode čeoni sudari protona i antiprotona, energijom većom nego igde drugde na svetu. Neće ni Tevatron dugo biti najjači na 'prednjoj granici'; oko 2000. godine biće dovršen superprovodni superkolajder (SSC - 'Superconducting Super Collider') u Teksasu. Izgradnja ove 'majke svih akceleratora' već je započeta. Obim će joj biti osamdeset sedam kilometara.
     Zapitamo se, pokatkad, nismo li negde, na nekoj raskrsnici, otišli na pogrešnu stranu. Nije li nam ta naša grdna oprema prerasla u svojevrsnu opsesiju? Da li je fizika čestica postala nekakva tajanstvena 'kiber-nauka' u kojoj čitavi bataljoni naučnika, koristeći mašineriju ogromnih razmera, pokušavaju da proniknu u probleme toliko apstraktne da čak ni sama Boginja (ili Bog) ne zna baš tačno šta se dešava kad se Njene (ili Njegove) čestice sudare na tako visokim energijama? Ali vraća nam se samopouzdanje (kao i nadahnuće) kad sagledamo sav naš posao kao jedan hronološki Put, za koji se može opravdano tvrditi da je započet 650. godine pre Hrista u grčkoj naseobini Miletu. Na krajnjoj tački tog Puta nalazi se grad u kome je sve shvaćeno - u kome i radnici gradske čistoće, a i gradonačelnik, znaju kako Vaseljena dejstvuje. Mnogi su išli Putem: Demokrit, Arhimed, Kopernik (Copernicus), Galileo Galilej (Galilei), pa Njutn, Faradej (Faraday), sve do Ajnštajna , Fermija (Fermi) i mojih savremenika.
     Negde se put proširuje, negde sužava; prolazi kroz velika prostranstva ničega (kao američki autoput 80 kroz Nebrasku), a ima i neke veoma krivudave i prometne delove. U veliko iskušenje putnika dovode razne bočne staze i putanje pored kojih su table sa natpisima 'elektroinženjerstvo', 'hemija', 'radio-komunikacije', ili 'kondenzovana materija'. Oni koji su skrenuli na te druge puteve, izmenili su život ljudskog roda na ovoj planeti. Ali oni drugi, koji istrajno ostaju baš na samom Putu, vide da je celom dužinom obeležen jednim istim, uvek ponavljanim natpisom: 'Kako dejstvuje Vaseljena?' E, vidite, na tom Putu nalazimo i akceleratore iz devedesetih godina.
     Ja sam na raskrsnici avenije Brodvej i Sto dvadesete ulice u gradu Njujorku zaokrenuo i prešao na Put. Bili su to dani kad se činilo da su naučni problemi veoma jasni i veoma važni. Trebalo je iznalaziti odlike nečega što smo tad nazivali 'jako nuklearno međudejstvo', a i naći neke čestice, tada tek teorijski predviđene, koje bi se zvale 'pi-mezoni' ili 'pioni'. Akcelerator u Univerzitetu Kolumbija bio je udešen da bombarduje nedužne mete pravim pljuskovima protona, ne bi li nastao neki pi-mezon. Instrumenti su bili prilično jednostavni. Diplomac ih je mogao razumeti.
     Silni uspesi fizike događali su se na Univerzitetu Kolumbija pedesetih godina. Čarls Tauns (Charles Townes) otkrio je laser i dobio Nobelovu nagradu. Takvu istu - napišimo skraćeno - Nagradu dobio je i Džejms Rejnvoter (James Rainwater) za svoj model atomskog jezgra. Zatim Vilis Lem (Willis Lamb) zato što je izmerio majušne pomake u spektralnim linijama vodonika. Nobelovac Isador Rabi (Isadore Rabi), koji je nadahnuo sve nas, predvodio je ekipu u kojoj su bili i Norman Remzi (Norman Ramsey) i Polikarp Kuš (Polykarp Kusch), koji su, obojica, kasnije dobili Nobelove nagrade. Za teoriju o narušavanju parnosti Nagradu je takođe dobio T. D. Li (T. D. Lee), ali ne sam nego zajedno sa još jednim naučnikom. Gustina profesora poprskanih švedskom svetom vodicom bila je, u toj našoj fakultetskoj posudi, i oduševljavajuća i obeshrabrujuća. Neki od nas mladih profesora nosili su tada bedževe sa natpisom 'Još ne'.
     Za mene je Veliki prasak profesionalne slave došao u razdoblju između 1959. i 1962, kad smo dvojica mojih kolega sa Univerziteta Kolumbija i ja prvi u istoriji izmerili visokoenergetske sudare neutrina. Od svih čestica ja najviše volim neutrine. Neutrino nema gotovo nijednu osobinu: nema masu (ili ima nešto vrlo malo), nema naelektrisanje, baš kao ni prečnik - a da bismo baš sasvim dodali 'zlo na gore', nije podložan dejstvu jake sile. Ublaženo govore oni koji kažu da je neutrino 'teško uhvatljiv'. Neutrino je samo jedna činjenica i ništa više, a i to jedva. On može da proleti kroz milione kilometara debeo olovni oklop, a da pri tome izgledi za merljiv sudar budu sasvim mali.
     Naš opit iz 1961. poslužio je kao kamen-temeljac onome što je kasnije, u sedamdesetim godinama, dobilo naziv 'standardni model' fizike čestica. Tek 1988. godine švedska Kraljevska akademija nauka potvrdila je vrednost tog opita Nobelovom nagradom. (Svi me pitaju isto: zbog čega je Akademija čekala dvadeset sedam godina? Ja to zaista ne znam. Kad god su me to pitali članovi moje porodice, ja sam im govorio - jeftino izvrdavanje, priznajem - da je Akademiji trebalo toliko vremena da odluči koje od mojih velikih otkrića da nagradi.) Dabome da sam se oduševio kad sam dobio Nobelovu nagradu. Ali to oduševljenje nije ni bleda sen onog našeg silnog uzbuđenja koje nas je zahvatilo u trenu kad smo shvatili da nam je opit uspeo.
     Fizičare danas obuzimaju ista osećanja kao i druge naučnike tokom vekova. Život fizičara prepun je zabrinutosti, bola, tegoba, napetosti, naleta obeshrabrenosti, potištenosti, beznađa. Ali je isprekidan bleskovima oduševljenja, smeha, radosti, trijumfa. Ove pojave nastupaju u nepredvidivim trenucima. Često nastaju naprosto zato što shvatiš, u jednom neočekivanom trenu, nešto novo, važno i divno, a što proističe iz tuđih, starih otkrića. Ali ako si 'smrtan čovek', a većina naučnika koje ja poznajem jesu takvi, daleko ti je slađe kad sam, lično, postigneš novo otkriće o Vaseljeni. Neverovatno je koliko često se događa da takvi trenuci nastupe oko tri sata ujutro, dok sediš sam samcijat u laboratoriji i uviđaš da si upravo otkrio nešto duboko, nešto što, u tom trenu, ne zna niko od preostalih pet milijardi ljudi na svetu. Ili se bar ti nadaš da ne zna niko. Naravno da ćeš onda pojuriti da to što pre kažeš svima. To se zove: objavljivanje.
     Ovo je knjiga o jednom nizu beskonačno slatkih trenutaka koje su naučnici doživeli tokom poslednjih dve i po hiljade godina. Sabrani, svi ti slatki trenuci daju naše sadašnje znanje o tome šta Vaseljena jeste i kako ona 'radi'. Bol i tuga takođe su deo te priče. Često se zbog nečije tvrdoglavosti, zadrtosti ili zbog čistog 'baksuzluka' prirode nije mogao ostvariti eureka-trenutak.
     Naučnik, međutim, ne može da se osloni na eureka-trenutke ako hoće da mu život bude uspešan. Mora biti neke radosti i u svakodnevnim delatnostima. Ja tu radost nalazim u planiranju i izgradnji aparata koji treba da nam donesu neko saznanje o ovoj izuzetno apstraktnoj oblasti. Kad sam bio mlad student na Univerzitetu Kolumbija, veoma prijemčiv, pomogao sam jednom svetski proslavljenom profesoru iz Rima, koji je došao kod nas u posetu, da napravi brojač čestica. Ja sam u tom poslu bio potpuni početnik, bio mi je to 'prvi put', a on je u tome bio stari velemajstor. Zajedno smo pritegli mesinganu cev na strug i zavrteli je (bilo je već prošlo pet sati po podne, i svi naši metalostrugari otišli su kući). Zavarili smo specijalne poklopce na oba kraja. Svaki poklopac imao je stakleni vrh proboden metalnom 'slamkom'. Provukli smo zlatnu žicu kroz te dve slamke i zategli je. Zalemili smo to. Nekoliko sati smo ispirali unutrašnjost brojača posebnim gasom, a za to vreme smo priključivali jedan osciloskop na zlatnu žicu, zaštićen posebnim kondenzatorom od izvora napona jačine 1.000 volti. Moj prijatelj profesor - ime mu beše Đilberto - bacao je pogled na iscrtani trag na zelenom ekranu osciloskopa, ali nije prestajao da mi drži predavanje, na svom savršeno italijanskom engleskom, o istoriji i razvoju brojača čestica. Najednom je Đilberto načisto pošandrcao. "Mama mia! Pogledalo ovo, inkredibilo! Primo sekurso!" - tako nekako je zvučalo to što je on vikao. Pokazivao je prstom, dernjao se, podigao me u vazduh, iako sam ja bio petnaest centimetara viši i dvadeset pet kila teži od njega. Povukao me je da plešemo po sali.
     "Šta se dešava?" mucao sam ja.
     "Mufileto!" vikao je on. "Ono e proradilo! E proradilo!"
     Možda je malo i glumio, za moje dobro, ali zaista se i radovao što 'je proradilo' - a brojač je zaista proradio. Mi smo svojim rukama, očima i pameću skrpili jednu spravu koja je počela registrovati prolazak kosmičkog zračenja: kad god neka čestica iz kosmosa pogodi i prostreli takvu cev, na osciloskopu se pokaže tačkica, a to se i čuje. Mada je sigurno hiljadama puta gledao takve pojave, Đilberto se nikad nije prestao uzbuđivati zbog te lepote. Jedan deo uzbuđenja potiče od činjenice da je savršeno stvarna pretpostavka da je neka od tih čestica započela svoje putovanje u nekoj dalekoj galaksiji, milionima svetlosnih godina daleko, samo da bi sad pogodila našu skalameriju na desetom spratu zgrade na uglu avenije Brodvej i Sto dvadesete ulice u gradu Njujorku. Đilbertov entuzijazam, kome kao da nije bilo kraja, širio se neodoljivo i na druge osobe.

BIBLIOTEKA MATERIJE

     Kad objašnjavam nekome fiziku elementarnih čestica, često pozajmim (i malo ulepšam, onako, dodatno) metaforu rimskog pesnika i filozofa Lukrecija. Pretpostavimo da nam neko poveri zadatak da otkrijemo najosnovnije elemente u nekoj biblioteci. Šta bismo radili? Prvo bismo možda pomislili da razvrstamo knjige po kategorijama: istorijske, naučne, biografske i tako dalje. Ili bismo ih možda organizovali po veličini: debele i tanke, velike i male. Razmislimo o mnogim takvim mogućim podelama i setimo se da su knjige složeni predmeti koje je lako podeliti na manje delove. Zato zavirimo u knjige, u njihovu unutrašnjost. Brzo odbacimo poglavlja, pasuse i rečenice, kao elemente koji jesu konstitutivni (zaista sačinjavaju knjigu), ali nisu dovoljno elegantni. Reči! Padne nam na um da postoji, blizu ulaza, jedan debeli katalog koji sadrži sve reči ispisane u tim knjigama: rečnik. Ako se pridržavamo određenih pravila ponašanja, zapisanih u knjizi koja je poznata pod nazivom gramatika, možemo sastaviti baš sve tekstove u celoj toj biblioteci. Jer, za pisanje knjiga koriste se iste reči, ponovo i iznova, samo ih pisac uvek uklapa u nove celine.
     Međutim, reči u rečniku ima baš mnogo. Još malo razmišljanja dovešće nas do slova, jer svaku reč možemo da 'sečemo'. A-ha, sad smo se setili prave stvari! Dvadeset šest slova engleske abecede dovoljno je da se sastavi desetine hiljada najrazličitijih reči engleskog jezika, a onda pomoću tih reči možemo napisati milione (milijarde?) najrazličitijih knjiga. Samo, sad moramo uvesti u upotrebu još jedan skup pravila, poznat kao pravopis. Ne možemo slova kombinovati i nagomilavati baš bilo kako, nego i tu ima neke pravilnosti. I nadomak smo da objavimo kako smo rešili problem, kad, iznenada, oglasi se jedan mladi kritičar. "Znaš šta, deda, nije ti potrebno dvadeset šest slova", kaže taj momak. "Dovoljno ti je da imaš nulu i jedinicu." Danas deca još od kolevke dohvataju digitalne igračke, pa im je najnormalnije da upotrebe neki od algoritama za pretvaranje slova azbuke u nizove nula i jedinica. Ako si suviše mator (matora) za to, možda pamtiš staru dobru Morzeovu azbuku, u kojoj je svako slovo pretvoreno u crtice i tačke, što mu dođe isto kao nule i jedinice. Dakle, kombinovanjem dva znaka načiniš celu azbuku, uz pomoć pravila pravopisa i gramatike napišeš reči, rečenice, poglavlja i sve te knjige. A knjige, dabome, sačinjavaju biblioteku.
     Sada, ako je besmislen pokušaj da rastavimo nulu ili jedinicu na neke još manje sastavne delove, imamo praiskonske, a-tomske sastojke naše biblioteke. U ovoj alegoriji, koja je naravno nesavršena, Vaseljena je biblioteka, sile prirode su gramatika, pravopis i algoritam, a nula i jedinica su kvarkovi i leptoni, naši današnji kandidati za titulu Demokritovih a-toma. A sve pomenuto, osim naravno biblioteke, nevidljivo je.

KVARKOVI I PAPA

     Jedna gospođa u publici bila je uporna. "Jeste li vi ikada videli atom?" Za naučnika koji je dugo živeo sa objektivnom stvarnošću atoma ovakvo pitanje je shvatljivo, ali ga ipak nervira. Ja umem sebi vizuelno da dočaram unutrašnju strukturu atoma. Zamišljam elektron koji leti ukrug, toliko brzo da se slika 'zamuti' pa i ne vidiš elektron sam, nego jedan oblačić elektronovog prisustva uokolo jezgra. Zamišljam jezgro koje je sićušna tačka u sredini, ali ipak uspeva da privlači elektron (taj magleni kružni oblačić) dovoljno snažno da on ne pobegne. Ova mentalna slika nije ni kod jednog naučnika ista kao kod nekog drugog, jer svako zamišlja na osnovu raspoloživih jednačina. A jednačine nisu baš, što bi se danas reklo, 'prijateljski nastrojene prema korisniku' sa stanovišta ljudske prirodne potrebe da sve bude zamislivo u nekakvim slikama, vizuelizovano. Pa ipak, ima načina na koji mi uspevamo da 'vidimo' atome, protone, čak i kvarkove.
     Moji pokušaji da odgovorim na ovo trnovito pitanje uvek počinju nastojanjem da se nađe neko šire, uopštenije značenje reči 'videti'. Da li ti vidiš ovu stranicu ako nosiš naočare? Ako gledaš mikrofilmovanu verziju? Fotokopiju (ovo bi značilo da me neko pljačka, jer prodaje fotokopije moje knjige, a ne plaća mi ni paricu za moj autorski trud)? A ako čitate tekst moje knjige na ekranu, to jest monitoru kompjutera? Najzad, u očajanju, ja pitam: "A vi, gospođo, da li ste ikada videli rimskog papu?"
     "Uh, pa naravno", obično glasi odgovor. "Vid'la sam ga na televiziji." Je l' te, molim vas? Vid'li ste elektronski zrak koji je udarao u sloj fosfora namazan po unutrašnjoj strani jednog staklenog ekrana. Moji dokazi da postoji atom, ili kvark, nisu ništa lošiji od toga.
     A koje to dokaze ja imam? Tragove čestica u maglenoj komori (ili 'Vilsonovoj komori'). U akceleratoru u Fermilabu 'krhotine' koje nastanu posle sudara protona sa antiprotonom snimamo elektronski, pomoću detektora koji je visok tri sprata i košta šezdeset miliona dolara. Ovde se 'dokaz', to jest 'gledanje', sastoji u tome što u hiljadama senzora nastaje jedan impuls dok čestica proleće. Sve te impulse vodimo kroz stotine hiljada žica, do elektronskih naprava za obradu podataka. Na kraju snimak stane na jedan namotaj magnetne trake. Snimak je kodiran nizovima nula i jedinica. Na toj traci, dakle, imamo snimljene vrele sudare proton-antiproton. A jedan takav sudar može dati i do sedamdeset čestica, koje se razlete kud koja, u razne delove detektora.
     Nauka, a naročito fizika čestica, stiče pouzdanje ponavljanjem. Na primer, neki opit u Kaliforniji ponove neki drugi naučnici, u Ženevi, na akceleratoru drugačije vrste, i potvrde da je rezultat tačan. Osim toga, mi u svaki opit ugradimo mere unutrašnje kontrole i provere da bismo bili sigurni da je sve dejstvovalo kako treba. Dug je to posao i naporan, a u njega je ugrađeno iskustvo prikupljano decenijama.
     Pa ipak, fizika čestica ostaje nedokučiva mnogim ljudima. Ona uporna dama u publici nije jedina koja ne shvata kako to gomila naučnika juri neke nevidljive, sićušne truni. Zato pokušajmo sa još jednom alegorijom...

NEVIDLJIVA FUDBALSKA LOPTA

     Zamislite jednu inteligentnu rasu sa planete Sutonije. Sutonci izgledaju manje-više kao mi, pričaju otprilike kao mi i rade sve kao ljudi - osim jedne stvari. Imaju jednu neobičnu slabost u svom čulu vida. Ne vide nijedan predmet sačinjen od oštrih kontrasta crne i bele boje. Ne vide, na primer, zebre. Niti košulje sudija u hokeju na ledu. Niti fudbalske lopte. Nije to neki strašan nedostatak vizuelnog aparata, jer mi Zemljani imamo još bizarniji kvar. Imamo dve, bukvalno, slepe mrlje, po jednu u svakom oku, blizu sredine vidnog polja. Ali ne primećujemo rupe na ta dva mesta zato što naš mozak pravi interpolaciju na osnovu informacija iz okolnih delova vidnog polja, tako da mozak zapravo nagađa šta bi trebalo da se nalazi na ta dva mesta i onda nam javlja da se to tamo odista i nalazi. Čovek tera automobil 165 kilometara na sat, obavlja moždanu hirurgiju, žonglira sa nekoliko upaljenih buktinja u isto vreme, a ipak jedan deo onoga što vidi zapravo je samo dobro nagađanje, a ne stvarno viđenje.
     Recimo da su posetioci sa planete Sutonije došli na Zemlju kao grupa, u misiju dobre volje. Da bismo im omogućili da vide kakva je naša civilizacija, odvedemo ih da pogledaju jedan od najpopularnijih planetno-kulturnih događaja: utakmicu na svetskom fudbalskom prvenstvu. A ne znamo da Sutonci loptu ne mogu da vide jer je sačinjena od crnih i belih delova ušivenih tako da su naizmenice jedan do drugog. I, eto, Sutonci sede na stadionu i gledaju utakmicu. Njihovi izrazi lica su učtivi, ali zbunjeni. Jer šta oni vide - grupu ljudi u šortsevima, na jednom polju. Ti ljudi u šortsevima jurcaju tamo-amo, bez razloga zamahuju nogama po vazduhu, sudaraju se, padaju. Ponekad jedno službeno lice dune u pištaljku, a tada jedan igrač pritrči ivičnoj liniji, stane na nju, i pruži obe ruke, sastavljene, iznad glave; drugi igrači ga gledaju. Ponekad se desi (ali veoma retko) da jedan od 'golmana' neobjašnjivo padne na zemlju, na stadionu nastaje opšte klicanje i mahanje, a jedan poen se pripiše... onom drugom, protivničkom timu!
     Prvih petnaest minuta igre Sutonci gledaju, ne shvatajući ništa. Onda, čisto da im bude manje dosadno, pokušaju da shvate šta se to radi. Neki Sutonci pribegnu tehnici klasifikacije. Dedukuju, dobrim delom na osnovu odeće, da na terenu postoje dve ekipe koje igraju jedna protiv druge. Znači, tu je neki sukob? Neki Sutonci nacrtaju grafičke prikaze na kojima se vidi kako se koji igrač kretao; ispostavi se da svaki igrač ostaje manje-više na istom 'geografskom' području terena. Pokaže se da kod raznih igrača preovlađuju različiti telesni pokreti. Sutonci postupe kao ljudi: da bi dalje tumačenje igre bilo uspešnije, pripišu položaju svakog igrača po jedan naziv. Zatim kategorizuju te položaje - gde je ko; upoređuju ih, gledaju po čemu se razlikuje igra jednih od igre nekih drugih. Sutonci izrade divovsku tabelu u koju ubeleže prednosti i ograničenja svakog igračkog položaja. Krupan preokret u ovom istraživanju nastupi kad otkriju simetriju na terenu. Svakom igraču tima A odgovara jedan na suprotnoj strani, simetričan u mnogo čemu, igrač tima B.
     Do kraja utakmice ostane još dva minuta. Sutonci su ispisali desetine grafikona i mapa, stotine tablica i formula, desetine složenih pravila koja im kažu šta kako dejstvuje u fudbalskoj utakmici. Neka od tih pravila su doista takva - znači, Sutonci su ih, u jednom ograničenom smislu, shvatili ispravno; pa ipak, nije im ni najmanje jasno u čemu je, zapravo, suština igre. Onda jedan mladi Sutonac, koji je sve do tad ćutao, zatraži reč. Dopuste mu da i on kaže svoje mišljenje. A junoša, onako tankim glasom, pa još i nervozno, kaže: "Pretpostavimo da tu negde postoji nevidljiva lopta."
     "Šta reče? Šta priča ovaj?" uzvrate stariji Sutonci.
     Dok su stariji pazili na ono što je, po njihovom mišljenju, bilo jezgro utakmice, a to su dolaženja i odlaženja raznih igrača i njihova prelaženja preko linija na terenu, momak je obraćao pažnju na pojedine retke, izuzetne događaje na terenu. Dogodio se, neko vreme posle početka utakmice, jedan takav. Neposredno pre nego što je službenik na terenu proglasio jedan poen, gomila publike je kriknula i dala se u produženo divlje urlikanje; ali samo delić sekunde pre toga, u zadnjem delu mreže na jednom golu pojavila se kratkotrajna izbočina. Mladi Sutonac je opazio tu izbočinu u mreži. Fudbal je igra u kojoj se postiže vrlo malo poena, pa su se ovakve izbočine u mrežama pojavljivale vrlo retko. Ipak, bilo je i toga, dogodilo se dovoljno puta da mladi Sutonac uoči da je izobličenje mreže svaki put bilo poluloptasto. Otud njegov ludo smeli zaključak da se cela igra vrti oko lopte, ali nevidljive (bar Sutoncima nevidljive).
     Ostali članovi sutonske grupe posetilaca saslušaju njegovu hipotezu i zaključuju, posle rasprave, da je mladićev dokazni materijal, doduše, veoma 'tanak', ali da tu, ipak, verovatno ima nečeg. Jedan stariji državnik, među Sutoncima posebno ugledan, izjavi da se ponekad više može saznati na osnovu nekoliko retkih događaja nego na osnovu hiljada običnih, opštepoznatih. Ali ono što na kraju prevagne u korist mladićeve hipoteze jeste činjenica da na terenu naprosto mora postojati i lopta. Jer ako se usvoji pretpostavka da je lopta prisutna, ali da je Sutonci iz nekog razloga ne primećuju, najednom se sve uklapa, sve dejstvuje. Igra dobija smisao. I ne samo to: sve teorije, mape, dijagrami i tablice nacrtani tokom tog popodneva - ostaju na snazi. Lopta naprosto daje smisao već uočenim pravilima.
     Ovo je jedna proširena metafora, alegorija zapravo, za mnoge zagonetke u fizici. Naročito je značajna za fiziku čestica. Ne možemo shvatiti pravila igre (zakone prirode) ako ne znamo predmete pomoću kojih se igra vodi (loptu); ako ne bismo verovali da postoji jedan logičan skup pravila, nikad ne bismo uspeli dedukovati postojanje svih čestica.