Vajnberg Stiven

SNOVI O KONAČNOJ TEORIJI
Prevod: Nedeljković B. Aleksandar

Weinberg Steven DREAMS OF A FINAL THEORY, 1992.


SFINGA
1997.

PREDGOVOR

     Ovo je knjiga o jednoj velikoj intelektualnoj pustolovini, o traganju za konačnim zakonima prirode. Veliki deo rada u današnjoj fizici visokih energija nadahnut je snom o konačnoj teoriji; iako ne znamo kakvi bi ti konačni zakoni mogli biti, niti koliko će godina proći dok ih najzad ne otkrijemo, stiče se utisak da u današnjim teorijama već naziremo izvesne obrise one konačne.
     Ali i sama pretpostavka da takva, konačna teorija postoji, protivurečna je, i predmet je sadašnje žestoke debate. Rasprava o ovome stigla je i u dvorane pojedinih odbora američkog Kongresa; fizika visokih energija postaje sve skuplja, a njeni izgledi da dobije podršku javnosti zavise, u izvesnoj meri, od njene istorijske misije otkrivanja konačnih zakona.
     Od samog početka, moja namera u ovoj knjizi bila je da teme koje su u vezi sa konačnom teorijom izložim kao deo intelektualne istorije našeg doba, za čitaoce koji nemaju prethodno znanje iz fizike ili više matematike. Ova knjiga zaista dotiče ključne zamisli na kojima se zasniva današnji rad na granicama fizike. Ali ovo nije udžbenik fizike, pa zato čitalac neće ovde naći zasebna poglavlja o česticama, silama, simetrijama i strunama. Umesto toga, ja sam utkao postavke moderne fizike u raspravu o tome šta konačna teorija znači i kako ćemo je naći. U ovome sam se upravljao svojim sopstvenim iskustvom kao čitaoca knjiga iz izvesnih oblasti, kao što je istorija, za koje sam ja laik. Istoričari često podlegnu iskušenju da prvo daju narativni prikaz događaja, odnosno ispričaju ih, a onda naređaju zasebna poglavlja o populaciji, ekonomiji, tehnologiji i tako dalje. S druge strane, oni istoričari koje čovek čita iz zadovoljstva, od Tacita (Tacitus) i Gibona (Gibbon) do Eliota (H. J. Elliott) i Morisona (S. E. Morison), spajaju naraciju sa tim 'pozadinskim', uopštenijim informacijama, a istovremeno i iznose dokaze u prilog onim zaključcima ka kojima žele da povedu čitaoca. Pišući ovu knjigu, nastojao sam da radim kao oni i da se oduprem iskušenju da sve bude sasvim uredno poređano. Nisam oklevao da unosim i onu istorijsku i naučnu građu koja je možda već poznata čitaocu ako je on istoričar ili naučnik, niti da ponešto od toga i ponavljam, ako mi se učini da će biti korisno. Kao što jednom prilikom reče Enriko Fermi (Enrico Fermi), nikada ne treba potceniti zadovoljstvo koje osećamo kad čujemo nešto što već znamo.
     Knjiga Snovi o konačnoj teoriji sastoji se iz tri dela i kode, odnosno završnice. Prvi deo obuhvata poglavlja 1, 2 i 3; tu je predstavljena zamisao o konačnoj teoriji. Drugi deo, a to su poglavlja od četvrtog do osmog, objašnjava kako smo ostvarili dosadašnji napredak prema konačnoj teoriji; a poglavlja 9, 10 i 11 gledaju napred, u budućnost, i nagađaju kako će konačna teorija izgledati i kako će uticati na ljudski rod. Konačno, u poglavlju 12 okrećem se argumentima za izgradnju i protiv izgradnje novog superprovodnog superkolajdera, skupocenog novog uređaja koji je očajnički potreban fizičarima visokih energija, ali čije je buduće finansiranje neizvesno.
     U seriji beležaka na kraju knjige čitaoci će naći potpuniju raspravu o nekim zamislima iz glavnog teksta. U nekim slučajevima, morao sam u glavnom tekstu preterano pojednostaviti neke naučne koncepte, pa sam u završnim beleškama davao tačnija određenja o tome. U tim beleškama navedene su i bibliografske reference za pojedine materijale navedene u tekstu.

     Duboko sam zahvalan Luiz Vajnberg (Louise Weinberg) što je navaljivala da preradim jednu raniju verziju ove knjige, i što mi je ukazivala na koji način to da uradim.
     Toplo zahvaljujem i Denu Frenku (Dan Frank) iz izdavačke kuće 'Panteon' ('Pantheon Books') na ohrabrenjima i na znatnom uredničkom radu i usmeravanju, kao i Nilu Beltonu (Neil Belton) iz 'Hačinson Radijusa' ('Hutchinson Radius') i mom literarnom agentu Mortonu Janklovu (Morton Janklow), koji su davali važne sugestije.
     Takođe su mi pomogli svojim komentarima i savetima u vezi sa raznim temama filozofi Paul Fajerabend (Paul Feyerabend), Džordž Gejl (George Gale), Sandra Harding (Sandra Harding), Majls Džekson (Myles Jackson), Robert Nozik (Robert Nozick), Hilari Patnem (Hilary Putnam) i Majkl Redhed (Michael Redhead); istoričari Stiven Braš (Stephen Brush), Piter Grin (Peter Green) i Robert Henkinson (Robert Hankinson); stručnjaci iz oblasti pravnih nauka Filip Bobit (Philip Bobbitt), Luiz Vajnberg i Mark Judof (Yudof); istoričari fizike Džerald Holton (Gerald Holton), Ejbraham Peiz (Abraham Pais) i S. Semjuel Šveber (S. Samuel Schweber); fizičar-teolog Džon Polkinghorn (John Polkinghorne); psihijatri Lion Ajzenberg (Leon Eisenberg) i Elizabet Vajnberg (Elisabeth Weinberg); biolozi Sidni Brener (Sydney Brenner), Frensis Krik (Francis Crick), Lorens Gilbert (Lawrence Gilbert), Stiven Dž. Gould (Stephen J. Gould) i Ernst Mejr (Mayr); fizičari Jakir Aharonov (Yakir Aharonov), Sidni Koulman (Sydney Coleman), Brus De Vit (Bruce De Witt), Manfred Fink (Manfred Fink), Majkl Fišer (Michael Fisher), Dejvid Gros (David Gross), Bengt Nejdžel (Bengt Nagel), Stiven Oršag (Stephen Orzsag), Brajan Pipard (Brian Pippard), Džozef Polčinski (Joseph Polchinski), Roj Šviters (Roy Schwitters) i Lionard Saskind (Leonard Susskind); hemičar Roald Hofman (Roald Hoffmann); astrofizičari Vilijem Pres (William Press), Pol Šapiro (Paul Shapiro) i Etan Višnijek (Ethan Vishniac); kao i autori Džejms Glajk (James Gleick) i Lars Gustafson (Gustafsson). Mnoge ozbiljne greške izbegnute su uz njihovu pomoć.

     Stiven Vajnberg
     Ostin, Teksas
     avgust 1992.

1. PROLOG

     Ako sam ikada ikakvu lepotu želeo,
     i dobio, i video - to je samo san o tebi bio.

     Džon Don, Dobro sutra

     Ovaj vek, koji se sada bliži kraju, video je u fizici zasenjujuće proširenje granica naučnog znanja. Ajnštajnove (Einstein) dve teorije relativnosti, posebna i opšta, izmenile su, trajno, naše sagledavanje prostora, vremena i gravitacije. Učinjen je i jedan još korenitiji raskid sa prošlošću - naime, kvantna mehanika izmenila je i sam jezik pomoću koga opisujemo prirodu: naučili smo da ne govorimo o česticama koje imaju neka određena mesta i određene brzine, nego o talasnim funkcijama i verovatnoćama. Iz sjedinjavanja relativnosti sa kvantnom mehanikom razvio se jedan novi pogled na svet, pogled u kome materija više nije najvažnija. Umesto materije, središnju ulogu u našem pogledu na svet zauzela su načela simetrije, od kojih su neka, pri sadašnjem stanju Vaseljene, skrivena od našeg pogleda. Na ovim temeljima izgradili smo uspešnu teoriju elektromagnetizma, kao i jakog i slabog međudejstva elementarnih čestica. Često smo se osećali kao Zigfrid kad je okusio zmajevu krv i onda primetio, iznenađen, da sad razume jezik ptica.
     Ali tu smo se i zaglavili. Godine posle sredine sedamdesetih bile su godine najveće osujećenosti u istoriji fizike elementarnih čestica. Plaćamo sada cenu svog uspeha: teorija je napredovala toliko da će za dalji napredak biti potrebno proučavanje izvesnih procesa pri energijama koje se ne mogu postići u današnjim eksperimentalnim postrojenjima.
     Da bi se probili iz ovog zastoja, fizičari su počeli 1982. godine razvijati planove za naučni projekt koji bi svojim dimenzijama, ali i cenom, nadmašio sve dosadašnje: superprovodni superkolajder.Superconducting Super Collider. Plan je, u svom konačnom obliku, zahtevao da se iskopa tunel, ovalnog oblika, dugačak osamdeset pet kilometara, na jednom terenu južno od Dalasa. U ovaj podzemni tunel bile bi ugrađene hiljade superprovodljivih magneta, sa zadatkom da vode dva zraka naelektrisanih čestica poznatih kao protoni, ali u suprotnim smerovima, milionima puta u krug, sve brže i brže, dok se ne postigne energija dvadeset puta veća od najveće moguće u danas postojećim akceleratorima čestica. Na nekoliko mesta na ovom prstenu bilo bi udešeno da se protoni ta dva suprotna zraka sudaraju, i to po nekoliko stotina miliona puta u sekundi; pri tom bi ogromni detektori, od kojih bi neki bili teški i po nekoliko desetina hiljada tona, beležili šta se dešava pri tim sudarima. Procenjeno je da bi izgradnja koštala preko osam milijardi dolara.
     Superkolajder je naišao na veliko protivljenje ne samo štedljivih kongresmena nego i nekih naučnika koji bi radije videli te pare potrošene na njihovim poljima istraživanja. Gunđanja protiv takozvane velike nauke ima mnogo, a neka od njih su naciljana prema superkolajderu. Za to vreme, evropski konzorcijum poznat kao CERN razmatra izgradnju jedne slične instalacije, koja bi se zvala 'Veliki kolajder hadrona', LCH.Large Hadron Collider. Taj LCH koštao bi manje nego superkolajder zato što bi iskoristio jedan već postojeći tunel ispod planina Jura u Švajcarskoj, blizu Ženeve, ali, iz istog razloga, njegova energija bila bi ograničena na manje od polovine one energije koju bi superkolajder imao. U mnogo pogleda, američka rasprava o superkolajderu i evropska o LCH-u su uporedne.
     U času kad ova knjiga kreće u štampu, u godini 1992, situacija je sledeća: fondovi za superkolajder, koji su glasanjem Predstavničkog doma ukinuti u junu, ipak su produženi glasanjem Senata u avgustu. Budućnost superkolajdera bila bi obezbeđena kad bi on dobio neku krupniju podršku iz inostranstva, ali ona je zasad izostala. Kako stvari stoje, čak iako je superkolajder sa svojim fondovima 'ostao živ' u Kongresu ove godine, mogao bi biti ukinut u tom istom Kongresu sledeće godine, ili bilo koje godine sve dok ne bude izgrađen. Može se dogoditi da završne godine dvadesetog veka vide obustavu epohalnog traganja za temeljima fizike; a radovi bi se mogli nastaviti možda tek kroz mnogo godina.
     Ovo nije knjiga o 'superkolajderu'. Ali rasprava o tom projektu prinudila me je da u govorima koje sam držao, i u mom svedočenju pred Kongresom, pokušam objasniti šta to mi hoćemo da postignemo našim izučavanjima elementarnih čestica. Čovek bi očekivao da ja, pošto sam trideset godina radio kao fizičar, mogu lako da izvedem ovo, ali nije baš tako lako.
     Meni lično, zadovoljstvo koje daje taj rad sam po sebi oduvek je bilo dovoljan razlog da se time bavim. Sedim za radnim stolom ili za stolom u nekom kafiću i baratam raznim matematičkim izrazima, osećajući se pri tom kao Faust koji se igra pentagramima i čeka pojavu Mefistofela. S vremena na vreme, matematičke apstrakcije, eksperimentalni podaci i fizičarska intuicija sastave se u neku određenu teoriju o česticama, silama i simetrijama. I, s vremena na duže vreme, ispostavi se da je neka od tih teorija tačna; jer opiti pokažu da se priroda zaista ponaša onako kako bi, po toj teoriji, trebalo da se ponaša.
     Ali ovo nije sve. Za fizičare koji se bave elementarnim česticama postoji još jedna motivacija, samo što je nju teže objasniti, čak i nama samima.
     Naše sadašnje teorije imaju samo ograničenu vrednost, još su neodlučne i nepotpune. Ali ponekad ugledamo iza njih obrise jedne konačne teorije, koja bi važila neograničeno i koja bi nas sasvim zadovoljila svojom potpunošću i svojom konzistentnošću. Tragamo za univerzalnim istinama o prirodi, a kad ih nađemo, pokušavamo ih objasniti tako što ćemo pokazati kako one mogu biti izvedene iz nekih još dubljih istina. Zamislite prostor naučnih načela kao da je pun strelica: svaka je jedno načelo i svaka pokazuje na neku drugu stranu, udaljavajući se od onih osnovnijih. Te strelice-objašnjenja ispoljavaju važnu pravilnost: nisu grupisane u neke izdvojene i nepovezane grudve, pri čemu bi svaka grudva bila po jedna nezavisna nauka, i ne lutaju besciljno - nego su sve povezane, i ako duž njih gledaš unazad, odakle su došle, stičeš utisak da su sve poletele iz samo jednog, zajedničkog izvora. Ta zajednička polazna tačka, izvorište svih ostalih objašnjenja, to je ono što ja nazivam konačna teorija.
     Jasno je i neosporno da mi takvu konačnu teoriju sada nemamo, i da je malo verovatno da ćemo je uskoro otkriti. Ali s vremena na vreme uhvatimo poneki nagoveštaj da ona i nije tako daleko. Ponekad u raspravama fizičara, kad se pokaže da ideje koje su matematički lepe odista imaju i važenje u stvarnom svetu, steknemo utisak da postoji nešto iza školske table po kojoj pišemo kredom, neka dublja istina koja nagoveštava onu konačnu teoriju zbog koje tolike druge naše ideje uspevaju tako dobro.
     Kad je reč o konačnoj teoriji, hiljadu pitanja i ograda naviru u um. Šta nam to znači da jednim naučnim načelom 'objašnjavamo' drugo? Kako znamo da postoji zajednička polazna tačka svih takvih objašnjenja? Hoćemo li je ikada otkriti? Koliko smo sada blizu? Kako će ta konačna teorija izgledati? Koji će delovi sadašnje fizike opstati i u konačnoj teoriji? Šta će ona kazivati o životu i svesti? I, kad je budemo imali, šta će se desiti sa naukom i sa ljudskim duhom? Ovo poglavlje samo dotiče ta pitanja, a potpuniji odgovor prepušta ostatku ove knjige.
     San o konačnoj teoriji nije počeo u dvadesetom veku. On se, na Zapadu, može pratiti unazad sve do jedne škole koja je cvetala vek pre rođenja Sokrata, u grčkom gradu Miletu, tamo gde se reka Meander uliva u Egejsko more. Ne znamo mi mnogo o učenjima presokratovaca, ali kasniji izveštaji i nekoliko sačuvanih odlomaka nagoveštavaju da su Mileaćani već tragali za objašnjenjem svih prirodnih pojava pomoću nekog osnovnog gradivnog sastojka materije. Za Talesa, prvog od tih miletskih mislilaca, temeljna tvar bila je voda; za Anaksimena, poslednjeg iz te škole, vazduh.
     Danas i Tales i Anaksimen izgledaju arhaično. Sada se sa mnogo više divljenja gleda na jednu školu koja je iznikla jedan vek kasnije u Abderi na obali Trakije. Tamo su Demokrit i Leukip poučavali da je sva materija sačinjena od majušnih, večnih čestica koje oni nazvaše atomi. (Atomizam ima korene u indijskoj metafizici, iz doba čak i pre Demokrita i Leukipa.) Ti rani atomisti mogu izgledati kao predivan slučaj 'rano sazrelih', ali meni se ne čini mnogo značajno da li su Mileaćani grešili, a Abderani na neki način bili u pravu. Niko od presokratovaca, ni u Miletu ni u Abderi, nije imao ništa ni nalik našoj modernoj zamisli o onome što jedno tumačenje mora postići da bi bilo uspešno naučno objašnjenje: o kvantitativnom razumevanju pojava. Koliko smo, zapravo, napredovali ka razumevanju toga zašto priroda jeste onakva kakva jeste ako nam Tales ili Demokrit kažu da je kamen načinjen od vode ili od atoma, a mi ni posle toga ne znamo kako da izračunamo gustinu, tvrdoću ili električnu provodljivost tog kamena? A bez te sposobnosti količinskog predviđanja, mi, naravno, ne možemo ni ustanoviti da li su Tales ili Demokrit u pravu ili nisu u pravu.
     U onim prilikama kada sam u Teksasu i na Harvardu držao predavanja iz fizike studentima društvenih nauka, smatrao sam da je moj najvažniji zadatak, ali svakako i najteži, upravo da im dočaram kakva je to ogromna moć - biti sposoban da podrobno izračunaš šta će se dešavati pod raznim okolnostima u raznim fizičkim sistemima. Mi smo te studente učili kako da izračunaju otklon zraka u katodnoj cevi ili pad kapljice ulja, ne zato što bi to bili proračuni potrebni svakom čoveku, nego zato što su, radeći ih, studenti mogli sami da iskuse šta načela fizike stvarno znače. Naše poznavanje načela koja upravljaju tim i drugim kretanjima leži u samom jezgru fizike i dragoceni je deo naše civilizacije.
     Sa te tačke gledanja, 'fizika' Aristotela nije bila ništa bolja od ranijih, manje usavršenih nagađanja jednoga Talesa ili Demokrita. U svojim knjigama Fizika i O nebu, Aristotel tvrdi da je kretanje projektila (bačenog predmeta) delimično prirodno, a delimično neprirodno; prirodno je, kao kod svih teških tela, ono sa usmerenjem nadole, ka središtu svih stvari, a neprirodno je ono izazvano vazduhom, jer, navodno, kretanje vazduha jeste pravi uzrok bacanja projektila. Ali tačno kojom brzinom će projektil ići svojom putanjom i koliko će daleko stići pre nego što tresne o zemlju? Aristotel ne kaže da su to preteška izračunavanja ili merenja, niti kaže da zakoni kretanja još nisu dovoljno poznati da bi se podrobno opisalo kretanje projektila. Zapravo, Aristotel i ne nudi nikakav odgovor, ni tačan ni pogrešan, jer ne uviđa da su to pitanja na koja vredi odgovarati.
     A zbog čega vredi na njih odgovarati? Možda čitalac, kao ni Aristotel, ne mari mnogo za brzinu padanja nekog hitnutog tela. I ja mogu reći - baš me briga za to. Ali je važno da znamo načela, dakle Njutnove (Newton) zakone kretanja i gravitacije, kao i jednačine aerodinamike - da bismo mogli tačno odrediti gde se projektil nalazi u svakom trenutku svog leta. Ne kažem ja da mi možemo baš tačno izračunati kako se projektil kreće. Protok vazduha pored nekog kamena nepravilnog oblika ili pored pera u repu strele veoma je složen, pogotovu ako je vazduh uskomešan; zato će naša izračunavanja, najverovatnije, biti samo približno tačna. Biće samo dobre približnosti. Postoji i problem tačnog određivanja početnih uslova. Ipak, mi možemo upotrebiti nama poznata načela fizike da rešimo jednostavnije probleme, kao što je kretanje planeta kroz bezvazdušni prostor ili postojano proticanje vazduha oko lopti ili ploča, dovoljno dobro da se uverimo da zaista znamo koja načela upravljaju letom projektila. U istom smislu, mi ne možemo izračunati kako će se prirodna evolucija živih bića ubuduće odvijati, ali sada već prilično dobro poznajemo načela koja tom evolucijom upravljaju.
     Ova jasna razlika je važna, ali često biva zamućena u raspravama o značenju ili postojanju krajnjih zakona prirode. Kad kažemo da jedna istina objašnjava drugu - na primer da načela fizike (zakoni kvantne mehanike), upravljajući elektronima i električnim poljima, objašnjavaju i zakone hemije - mi time ne kažemo, baš, da možemo izvesti konkretnu dedukciju jedne istine iz druge. To se ponekad i može postići, recimo, u hemiji, u slučaju veoma jednostavnog molekula vodonika. Ali ponekad je problem naprosto previše složen za nas. Kad govorimo ovako o fizičkim objašnjenjima, imamo na umu ne ono što će neki naučnik, bukvalno, objasniti postupkom dedukcije, nego ono što je neizbežno već ugrađeno u prirodu, samo po sebi. Na primer, čak i pre nego što su fizičari i astronomi naučili u devetnaestom veku kako da izračunaju međusobna privlačenja planeta i tako dobiju tačne proračune planetnih kretanja, oni su već znali, sa popriličnim stepenom sigurnosti, da se planete kreću tako kako se kreću zato što podležu Njutnovim zakonima kretanja i gravitacije, ili nekim još tačnijim zakonima kojima se Njutn samo približio. Danas, iako ne možemo predskazati sve što hemičar može zapaziti, mi verujemo da se atomi u hemijskim reakcijama ponašaju tako kako se ponašaju zato što im fizička načela koja vladaju elektronima i električnim silama unutar atoma ne ostavljaju slobodu da se ponašaju nikako drugačije.
     Ova poenta je osetljiva za objašnjavanje između ostalog i zato što je nezgodno reći da jedna činjenica objašnjava drugu i onda kad nisu prisutni ljudi, stvarni konkretni ljudi, da dedukciju zaista i izvedu. Ali mislim da moramo govoriti tako zato što je to suština naše nauke: otkrivanje onih objašnjenja koja su ugrađena u logičku strukturu prirode. Naravno da postajemo mnogo čvršće uvereni da znamo tačno objašnjenje kad smo u stanju da se latimo posla i izvršimo neka izračunavanja i uporedimo nalaze sa opažanjima: ako ne za hemiju belančevina, onda bar za hemiju vodonika.
     Iako Grci nisu imali naš cilj, da steknu sveobuhvatno kvantitativno razumevanje prirode, tačno kvantitativno rezonovanje svakako nije bilo nepoznato u antičkom svetu. Već hiljadama godina ljudi poznaju pravila aritmetike i pravila geometrije u ravni, kao i velika periodična kretanja Sunca, Meseca i zvezda, pa čak i takve finese kao što su tačni datumi ravnodnevica. Osim ovoga, postojao je i procvat matematike posle Aristotela, tokom helenističke ere koja obuhvata vreme od osvajačkih pohoda Aristotelovog đaka Aleksandra Velikog, pa sve do pada grčkog sveta pod rimsku vlast. Kad sam studirao filozofiju, nanosilo mi je određenu bol da čujem da se za helenske filozofe kao što su Tales i Demokrit kaže da su bili fizičari; ali, kad smo prešli na velike helenske naučnike kao što su Arhimed iz Sirakuze, koji je otkrio zakone uzgona tela uronjenog u tečnost, ili Eratosten Aleksandrijski, koji je izmerio obim Zemlje, imao sam osećaj da sam kod svoje kuće, okružen kolegama, naučnicima. Ništa ni nalik na helensku nauku nije viđeno nigde na svetu sve do uspona moderne nauke u Evropi u sedamnaestom veku.
     Pa ipak, koliko god da su izvanredni bili, helenski filozofi prirode nisu se nikad ni približili ideji o postojanju jedne grupe zakona koja bi tačno regulisala celu prirodu. Uistinu, reč 'zakon' retko je korišćena u antičkim vremenima (a ni jedan jedini put kod Aristotela, niti u Bibliji) osim u onom prvobitnom značenju - da ljudski ili božanski zakoni određuju ljudima kako da se ponašaju. (Istina je da reč 'astronomija' dolazi od grčkih reči 'astron' što znači zvezda i 'nomos' što znači zakon, ali ovaj termin je u antičkoj nauci o nebesima korišćen ređe nego termin 'astrologija'.) Tak kad su se pojavili Galilej (Galilei), Kepler (Kepler) i Dekart (Descartes) u sedamnaestom veku, nalazimo moderno shvatanje zakona prirode.
     Proučavalac klasike Piter Grin smatra da krivicu za ograničenost grčke nauke treba tražiti u upornom intelektualnom snobovskom stavu Grka, koji su više voleli statične pojave nego dinamične, i rado se posvećivali mislilaštvu, a nerado tehnologiji, sa izuzetkom vojne tehnologije. Prva trojica kraljeva helenističke Aleksandrije podržavala su istraživanja o letenju projektila zato što je to imalo vojnu primenljivost; ali Grcima bi izgledalo nedolično da primene precizno rezonovanje na jedan tako banalan proces kao što je kotrljanje lopte niz nagnutu ravan, problem koji je Galileju osvetlio zakone kretanja. Ima i moderna nauka svoju snobovštinu - biolozi više pažnje posvećuju genima nego upalama na nožnim prstima, a fizičari rado proučavaju sudare proton-proton pri energiji od 20 biliona volti, a 'dignu nos' ako to isto treba raditi na 20 volti. Ali to su taktičke snobovštine, zasnovane na oceni (tačnoj ili pogrešnoj) da će neke pojave voditi ka većim otkrićima nego neke druge; ne proističu iz ubeđenja da su neke pojave važnije nego druge.
     Sa Isakom Njutnom moderni san o konačnoj teoriji stvarno počinje. Kvantitativno naučno razmišljanje nikada nije stvarno iščezlo, a u Njutnovo doba već je bilo ponovo živnulo; Galilej mu je udahnuo najviše novog života. Ali je Njutn uspeo svojim zakonima kretanja i opštim zakonom gravitacije objasniti toliko toga, od orbita planeta i njihovih satelita pa sve do dizanja i spuštanja plime i padanja jabuke, da je on svakako morao prvi put osetiti mogućnost zaista sveobuhvatne, sveobjašnjavajuće teorije. Svoje nade Njutn je izrazio u predgovoru prvome izdanju svoje velike knjige, Principia: "Želeo bih da možemo izvesti i ostale prirodne pojave,Naime, one koje nisu razmatrane u delu Principia. istom vrstom rezonovanja koje važi i za mehanička načela. Jer mene navode mnogi razlozi da naslutim da sve te pojave zavise od izvesnih sila." Dvadeset godina kasnije, Njutn je opisao u svojoj knjizi Optika kako bi se, po njegovom mišljenju, taj program mogao izvesti:

     Dakle, najmanje čestice prirode drže se jedna uz drugu najjačim privlačenjima i sačinjavaju krupnije čestice, čija je vrlina privlačenja slabija; a mnoge od tih se udružuju između sebe i sačinjavaju još krupnije čestice, čija je ta vrlina još slabija; i tako dalje, u raznovrsnim nizanjima, sve dok se ova progresija ne završi najvećim česticama, od kojih zavise hemijske radnje kao i boje raznih tela, i čije sjedinjavanje daje tela toliko velika da se mogu čulima osetiti. Postoje, dakle, agensi u prirodi sposobni da nateraju čestice izvesnih tela da se drže čvrsto jedna uz drugu, privlačnim silama vrlo jakim. Posao je eksperimentalne filozofije da ih nađe.

     Njutn je poslužio kao veliki uzor, za kojim je naročito u Engleskoj pošao jedan osobeni stil naučnih objašnjenja; smatralo se da je materija sačinjena od majušnih, nepromenljivih čestica; da čestice deluju jedna na drugu pomoću 'izvesnih sila', među kojima je gravitacija samo jedna vrsta; i da ako znamo položaje i brzine ovih čestica u svakom trenutku, kao i to kako da izračunavamo sile između njih, onda, pomoću zakona kretanja, možemo predvideti gde će one biti i u ma kom kasnijem trenutku. Brucošima se i do dana današnjeg, ponegde, ovako predaje fizika. Nažalost, iako je njutnovska fizika postigla posle Njutna još mnoge uspehe, bio je to ćorsokak.
     Svet je, ipak, jedno složeno mesto. Dok su naučnici saznavali sve više i više o hemiji, svetlosti, elektricitetu i toploti u osamnaestom i u devetnaestom veku, mogućnost njutnovskog objašnjenja morala im se činiti sve udaljenija. Naročito u hemiji: da bi objasnili hemijske reakcije i afinitete uz oslonac na njutnovsko sagledavanje atoma kao čestica koje se kreću pod uticajem svojih uzajamnih privlačenja i odbijanja, morali su načiniti toliko proizvoljnih pretpostavki o atomima i o silama, da se, zapravo, ništa ne bi postiglo.
     Pa ipak, negde oko 1890. godine čudnovato osećanje dovršenosti proširilo se na mnoge naučnike. U folkloru nauke postoji jedna apokrifna priča o nekom fizičaru koji je, pred sam kraj devetnaestog veka, proglasio da je fizika manje-više cela otkrivena i da se više nema šta raditi, osim što treba izvesna merenja poboljšati za još nekoliko decimalnih mesta. Izgleda da je ova priča potekla iz primedbe koju je 1894. izgovorio američki eksperimentalni fizičar Albert Majklson (Albert Michelson): "Iako nikada nije bezbedno tvrditi da fizička nauka ne krije u svojoj budućnosti čuda još čudesnija od onih dosad otkrivenih, izgleda verovatno da je većina velikih osnovnih načela već čvrsto uspostavljena i da se dalji napredak ima tražiti uglavnom u strogoj primeni tih načela na sve pojave koje opazimo... Jedan istaknuti fizičar je napomenuo da buduće istine fizičke nauke treba tražiti u šestoj decimali." Dok je ovo Majklson govorio u Čikagu, u publici je bio Robert Endrus Milikan (Robert Andrews Millikan), takođe američki eksperimentalista; on je nagađao da se te reči 'istaknuti fizičar' odnose na jednog uticajnog Škotlanđanina, Vilijema Tomsona (William Thomson), to jest lorda Kelvina. Pričao mi je jedan prijatelj da se po Kembridžu često govorkalo, u doba kad je on bio student, a to je bilo pred kraj četrdesetih godina, da je lord Kelvin rekao kako u fizici nema više ništa novo da se otkrije, nego samo treba ostvarivati merenja sve tačnija i tačnija.
     Ja tu rečenicu nisam uspeo naći u sabranim govorima lorda Kelvina, ali postoji obilje drugih dokaza o veoma raširenom (ali ne bez izuzetaka) osećanju naučnog samozadovoljstva pred kraj devetnaestog veka. Kad je mladi Maks Plank (Max Planck) stupio na svoje radno mesto na Univerzitetu u Minhenu godine 1875, tadašnji profesor fizike Džoli (Jolly) nagovarao ga je da ne izučava tu nauku. Po Džolijevom mišljenju, nije se imalo više šta otkriti. Miliken je dobijao slične savete: "Godine 1894", priseća se on, "živeo sam u jednom stanu na petom spratu u 64. ulici, jedan blok zapadno od Brodveja, sa još četvoricom postdiplomaca Univerziteta Kolumbija, od kojih je jedan bio medicinar, a ostala trojica na političkim i sociološkim naukama; oni su me neprestano grdili što sam se zalepio za jednu 'dovršenu', da, za jednu 'mrtvu' stvar, kao što je fizika, dok se novo, 'živo' polje, a to su društvene nauke, tek otvara."
     Primeri takvog devetnaestovekovnog samozadovoljstva često se navode kao upozorenje nama koji se u dvadesetom veku usuđujemo da govorimo o konačnoj teoriji. Na taj način se poprilično promašuje suština pomenutih samozadovoljnih stavova. Majklson, Džoli i Milikenovi prijatelji sa kojima je delio sobu nisu ni slučajno mogli pomisliti da su fizičari uspešno objasnili prirodu hemijskih privlačenja - a još manje su mogli pomisliti da su hemičari uspešno rastumačili mehanizam nasleđivanja. Ljudi koji su izgovarali takve primedbe mogli su to činiti samo zato što su odustali od starog sna Njutna i Njutnovih sledbenika da će fizičkim silama biti objašnjene i hemija, i sve druge nauke; za te ljude, hemija i fizika postale su izjednačene nauke, nauke koje su, svaka za sebe, stigle podjednako blizu, zapravo, nadomak, potpunosti. Iako je bilo veoma rašireno u devetnaestovekovnoj nauci, to osećanje potpunosti proisticalo je, ipak, samo iz smanjenih ambicija.
     Ali predstojale su vrlo brze promene. Za fizičara, dvadeseti vek počinje godine 1895, kada je Vilhelm Rentgen (Wilhelm R¸ntgen) neočekivano otkrio rendgenske zrake. Nisu bili rendgenski zraci sami po sebi toliko značajni, koliko je njihova pojava podstakla fizičare da veruju da predstoje još mnoga otkrića, naročito zahvaljujući proučavanju raznovrsnih zračenja. A otkrića su odista usledila, jedno za drugim, u brzom nizu. U Parizu 1896, Anri Bekerel (Henri Becquerel) otkriva radioaktivnost. U Kembridžu 1897. godine, Dž. Dž. Tompson meri koliko magnetna i električna polja skreću katodni zrak, i za dobijene nalaze nudi kao tumačenje tvrdnju da postoji jedna temeljna čestica, elektron, prisutna u svoj materiji, a ne samo u katodnom zraku. U Bernu 1905. godine, Albert Ajnštajn (iako još nije stekako nikakvo akademsko zaposlenje) izlaže novi pogled na prostor i vreme, svojom teorijom relativnosti, ujedno predlaže novi način da se dokaže postojanje atoma, i još tumači raniji rad Maksa Planka o toplotnom zračenju pomoću jedne nove elementarne čestice, čestice svetlosti, koja će kasnije dobiti naziv foton. Malo kasnije, godine 1911, Ernest Raderford (Ernest Rutherford) u svojoj laboratoriji u Mančesteru koristi nalaze opita sa radioaktivnim elementima i izvodi zaključak da se atomi sastoje od malih, masivnih jezgara okruženih oblacima elektrona. A godine 1913. jedan Danac, Nils Bor (Niels Bohr), koristi taj model atoma i Ajnštajnovu zamisao o fotonu da objasni spektar najjednostavnijeg atoma, vodonikovog. Umesto samozadovoljnog dremeža, najednom - uzbuđenje; fizičari su počeli osećati da bi uskoro mogla biti pronađena jedna konačna teorija, koja bi objedinila bar celu fiziku, ako ne i više. Već 1902, nekada samozadovoljni Majklson mogao je objaviti: "Čini se da nije daleko dan kada će se konvergentne linije iz mnogih prividno dalekih oblasti razmišljanja sresti na... zajedničkom tlu. Onda će i priroda atoma, i snage koje dejstvuju pri hemijskom spajanju atoma; međudejstva između tih atoma, i nediferanciranog etra, koje se ispoljava kroz pojave svetlosti i elektriciteta; i strukture molekula, i molekularnih sistema kojima su atomi sastavni delovi; i objašnjenja za koheziju, elastičnost i gravitaciju - sve to će biti dovedeno u red, u jedno, kompaktno telo naučnog znanja." Taj isti Majklson koji je ranije mislio da je fizika već upotpunjena, zato što nije očekivao da će fizika objašnjavati hemiju, sad je počeo očekivati sasvim drugu vrstu potpunosti u bliskoj budućnosti - naime, takvu koja bi obuhvatila i hemiju i fiziku.
     To je bilo, ipak, malo preuranjeno. San o konačnoj objedinjenoj teoriji stvarno se počeo uobličavati tek dvadesetih godina ovog veka, sa otkrićem kvantne mehanike. Bio je to jedan novi, nesviknuti okvir za fiziku, sačinjen od talasnih funkcija i verovatnoća umesto od čestica i sila iz njutnovske mehanike. Sa kvantnom mehanikom, najednom je bilo moguće izračunati osobine ne samo pojedinačnih atoma, i njihovih međudejstava sa zračenjima, nego i osobine atoma sastavljenih u molekule. Konačno je postalo jasno da hemijske pojave jesu ono što jesu upravo zbog električnih međudejstava elektrona i atomskih jezgara.
     Ovo ne znači da su na američkim fakultetima hemiju počeli predavati profesori fizike, niti da se Američko hemijsko društvo (ACS) prijavilo da bude kolektivno učlanjeno u Američko fizičko društvo (APS). Muka je dovoljna snaći se u jednačinama kvantne mehanike pa izračunati jačinu veze spajanja dva atoma vodonika u najjednostavnijem molekulu vodonika; tek uz posebno hemičarsko iskustvo i uvid moguće je ovladati složenijim molekulima, naročito onim vrlo složenim kakvi se javljaju u biologiji, i ustanoviti kako oni reaguju u raznim okolnostima. Ali je uspeh kvantne mehanike u izračunavanju osobina vrlo jednostavnih molekula pokazao da hemija dejstvuje tako kako dejstvuje zbog zakona fizike. Pol Dirak (Paul Dirac), jedan od osnivača nove, kvantne mehanike, trijumfalno je proglasio godine 1929. da "osnovni fizički zakoni potrebni za matematičku teoriju fizike jesu, dakle, u celosti poznati, a teškoća je samo u tome što primena ovih zakona vodi ka jednačinama previše složenim da bi se mogle rešiti".
     Ubrzo potom, pojavio se i jedan čudnovat nov problem. Prvi kvantnomehanički proračuni atomskih energija dali su nalaze koji su se dobro uklapali sa opitima. Međutim, kad se kvantna mehanika primenila ne samo na elektrone u atomu nego i na električna i magnetna polja koja ti elektroni proizvode, došlo se do zaključka da atom raspolaže beskonačnom energijom! Druge beskonačnosti pojavljivale su se u drugim izračunavanjima, i sledećih četrdeset godina ovi apsurdni nalazi bili su, činilo se, najveća prepreka napretku fizike. A na kraju se pokazalo da taj problem sa beskonačnostima nije katastrofa, nego, naprotiv, jedan od najboljih razloga za optimizam u vezi sa napredovanjem ka konačnoj teoriji. Kad se radi kako valja i treba definicijama masa i električnih naboja, pa i drugim konstantama, sve te beskonačnosti se međusobno ponište, ali samo u nekim teorijama - onima sasvim posebne vrste. Tako će se možda dogoditi, jednog dana, da mi budemo matematički dovedeni do jednog dela, ili do cele, konačne teorije, jer će nam to biti jedini način da izbegnemo te beskonačnosti. Zapravo, jedna ezoterična nova teorija, teorija struna, možda već i sad daje jedinstven način da se izbegnu beskrajnosti, ako pomirimo relativnost (uključujući i opštu teoriju relativnosti, Ajnštajnovu teoriju gravitacije) sa kvantnom mehanikom. Ako tako bude, onda će taj način biti važan sastavni deo ma koje konačne teorije.
     Ne želim sugerisati da će se do konačne teorije doći dedukcijom iz čiste matematike. Jer, najzad, zbog čega bismo mi verovali da su bilo relativnost bilo kvantna mehanika logički neizbežne? Meni se čini da nam je sad najbolje da kažemo: konačna teorija je tako kruta, da se ne može izobličiti ni u kakvu drugu, makar i malčice drugačiju teoriju, a da se pri tome ne pojave logičke besmislice kao što su beskonačne energije.
     Postoje i dodatni razlozi za optimizam, koji proističu iz neobične činjenice da do napretka u fizici često dolazimo rukovodeći se izvesnim ocenama za koje jedino možemo reći da su estetske. Ovo je veoma čudnovato. Zašto bi fizičarevo osećanje da je jedna teorija lepša od druge vodilo ka uspehu u istraživanjima? Ima nekoliko mogućih objašnjenja, a jedno od njih pripada baš fizici atomskih čestica: lepota u našim sadašnjim teorijama možda je 'tek san' o lepoti koja nas čeka u konačnoj teoriji.
     U našem veku, Albert Ajnštajn je bio taj koji je najotvorenije stremio ka konačnoj teoriji kao svom cilju. Kao što kaže njegov biograf Ejbraham Peiz, "Ajnštajn je lik baš kao iz Starog zaveta, kao Jehova, čvrsto uveren da postoji zakon, i da se taj zakon mora pronaći". Poslednjih trideset godina svog života Ajnštajn je posvetio traganju za takozvanom objedinjenom teorijom polja, koja bi objedinila teoriju elektromagnetizma koju je dao Džejms Klerk Maksvel (James Clerk Maxwell) sa opštom teorijom relativnosti, odnosno Ajnštajnovom teorijom gravitacije. Ajnštajnov napor nije uspeo, a mi, raspolažući sadašnjim znanjem, vidimo i da je bio pogrešno usmeren. Ajnštajn ne samo da je odbacio kvantnu mehaniku, on je i usmerio svoj trud na suviše usku oblast. Elektromagnetizam i gravitacija su jedine temeljne sile koje se u svakodnevnom životu primećuju (i jedine koje su bile poznate kad je Ajnštajn bio mlad čovek), ali u prirodi postoje i neke druge vrste sila, uključujući slabu i jaku nuklearnu. Uistinu, napredak koji jeste postignut u objedinjavanju postignut je spajanjem Maksvelove teorije elektromagnetizma sa slabom nuklearnom silom, a ne sa teorijom gravitacije, gde je problem raznih beskonačnosti, kako se pokazalo, mnogo teže rešiv. Ipak, Ajnštajnova tadašnja borba jeste i naša borba danas. Naime - traganje za konačnom teorijom.
     Razgovori o konačnoj teoriji kao da rasrđuju neke filozofe i naučnike. Začas vas optuže da ste redukcionist, ili, još gore, da ste imperijalista fizike. Ovo je jednim delom svođenje na razne smešne i glupe pomisli koje bi se u nečijoj glavi mogle javiti kad čuje reči 'konačna teorija' - na primer, da bi otkriće konačne teorije u fizici značilo kraj nauke. Naravno da konačna teorija ne bi bila kraj naučnog istraživanja, niti istraživanja u oblasti čiste nauke, pa čak ni u čistoj fizici. Za mnoge predivne pojave, od turbulencije do misli, biće nam potrebno objašnjenje i kad otkrijemo neku, bilo kakvu, konačnu teoriju. Štaviše, u rasvetljavanju mnogih od tih pojava neće nam mnogo pomoći konačna fizička teorija (mada, kod nekih, hoće). Konačna teorija biće konačna u samo jednom smislu - ona će dovesti do kraja jednu vrstu nauke, onu drevnu vrstu koja traga za načelima koja ne mogu biti objašnjena pomoću drugih, još dubljih načela.

2. O PARČETU KREDE

     Dvorska luda: ...Razlog što sedam zvezda nije više od sedam, e, to je jedan lep, lep razlog.
     Kralj Lir: Zato što ih nije osam?
     Dvorska luda: Da, uistinu. Ti bi bio dobra budala.

     Vilijem Šekspir, Kralj Lir

     Mnoga čuda i mnoge divote otkrili su naučnici. Ali možda najlepša i najčudnija stvar koju su otkrili jeste obrazac nauke same. Naša naučna otkrića nisu nezavisne, izdvojene činjenice; jedno naučno uopštavanje nalazi objašnjenje u nekom drugom naučnom uopštavanju, a ovo opet u sledećem. Ako pratimo ove strele objašnjenja unazad ka njihovom izvoru, otkrivamo jedan izuzetan konvergirajući obrazac - koji je, možda, najdublja stvar koju smo dosad saznali o Vaseljeni.
     Razmotrite jedno parče krede. Kreda je tvar dobro poznata većini ljudi (a naročito fizičarima koji razgovaraju jedan s drugim pred školskim tablama), ali ja kredu ovde koristim kao primer zato što se o njoj vodila jedna rasprava slavna u istoriji nauke. Godine 1868, Britansko udruženje za unapređenje nauke održavalo je svoj godišnji sastanak u Noriču, na istoku Engleske, velikom gradu koji je bio sedište biskupije i administrativni centar oblasti. Bili su to uzbudljivi dani za naučnike i za učenjake okupljene u Noriču. Pažnja javnosti bila je skrenuta na nauku ne samo zato što više niko nije mogao ne primećivati da je nauka značajna za tehniku nego, još i više, zbog toga što je nauka menjala način na koji su ljudi razmišljali o svetu i o svome mestu u svetu. Nadasve, zato što je objavljivanje Darvinovog (Charles Darwin) dela O nastanku vrsta putem prirodnog odabiranja, devet godina pre toga, postavilo nauku jasno u opoziciju prema preovlađujućoj religiji tog vremena. Prisutan na sastanku u Noriču bio je i Tomas Henri Haksli (Thomas Henry Huxley), istaknuti anatom i žestok polemičar, poznat svojim savremenicima kao 'Darvinov buldog'. Kao što je bila njegova uobičajena praksa, Haksli je iskoristio priliku da se obrati radništvu tog grada. Naslov njegovog predavanja bio je: 'O parčetu krede'.
     Volim da zamišljam Hakslija kako stoji na podijumu i drži u podignutoj ruci, zbilja, komad krede, možda iskopan iz krednih geoloških formacija koje leže ispod Noriča, ili pozajmljen od nekog prijateljski nastrojenog drvodelje ili profesora. Haksli je počeo opisujući kako se ti kredni slojevi, više od stotinu metara debeli, prostiru ne samo ispod velikog dela Engleske, nego i ispod Evrope i Levanta, odnosno Bliskog i Srednjeg istoka, pa sve do središnje Azije. Kreda je pretežnim delom jedna jednostavna hemikalija, karbonat krečnjaka ili, moderno rečeno, kalcijum-karbonat, ali ispitivanje mikroskopom pokazuje da se ona sastoji od nebrojenih fosilnih ljušturica, preostalih od majušnih životinja koje su živele u drevnim morima što su nekada pokrivala Evropu. Haksli je živopisno dočarao kako su, tokom miliona godina, ti mali leševi tonuli na dno mora, a tamo bili sabijeni pod pritiskom u kredu, i kako se uhvaćeni u kredi nađu ponegde i fosili krupnijih životinja kao što su krokodili, životinja koje izgledaju sve različitije od svojih današnjih istovrsnika ukoliko kopamo dublje i dublje kroz slojeve krede, što znači da su te životinje evoluirale tokom miliona godina dok se kreda slegala na dno.
     Haksli je pokušavao da ubedi radne ljude Noriča da je svet mnogo stariji od šest hiljada godina, koliko su dozvoljavali biblijski učenjaci, i da su se od samog početka pojavljivale nove žive vrste, koje su onda evoluirale. O svim tim pitanjima danas više nema šta da se raspravlja - ili bar ne raspravlja niko ko ima iole ikakvog pojma o nauci. Ne možemo poricati veliku starost Zemlje, niti stvarnost evolucije. Poenta koju ja hoću ovde da izvedem nema veze ni sa jednim pojedinačnim znanjem, nego sa činjenicom da su sva ta znanja međusobno povezana. Zato ja, evo, počinjem na isti način kao Haksli, od parčeta krede.
     Kreda je bela. Zašto? Jedan odgovor, onaj koji prvi pada na um, glasio bi: zato što nije nijedne druge boje. Odgovor je to koji bi se svideo dvorskoj ludi kralja Lira, ali, zapravo, i nije mnogo udaljen od istine. U Hakslijevo doba već je bilo znano da je svaka boja u spektru povezana sa svetlošću neke određene talasne dužine - pri čemu su duži talasi oni na crvenoj strani spektra, a kraći oni na plavoj ili ljubičastoj. Bilo je shvaćeno da je bela boja preplet svetlosnih talasa svakojakih dužina. Kad svetlost pada na neprozirnu tvar kao što je kreda, samo jedan deo se odbija; ostatak biva apsorbovan. Tvar koja ima neku određenu boju, kao što je zelenkastoplava boja mnogih bakarnih jedinjenja (na primer, u bakar-aluminijum-fosfatu koji izgleda tirkizno) ili ljubičasta boja u jedinjenjima kalijuma, ima tu boju zato što veoma apsorbuje svetlost nekih talasnih dužina; ona boja koju vidimo jeste ona koju ta tvara odbija, u mešavini sa drugim, ne mnogo apsorbovanim talasnim dužinama. Kod kalcijum-karbonata od koga je kreda sačinjena, slučaj je takav da se svetlost veoma apsorbuje samo u infracrvenim i ultraljubičastim talasnim dužinama, koje su nam ionako nevidljive. Zato je u svetlosti koja se od krede odbija prisutna otprilike ista ona kombinacija vidljivih talasnih dužina koja je na tu kredu i pala. Otud mi imamo utisak beline kad gledamo oblake, sneg ili kredu.
     A zašto? Zašto neke tvari veoma upijaju vidljivu svetlost određenih talasnih dužina, a neke ne? Pokazalo se da je to zbog energija određenih atoma i energije svetlosti. Ovo se počelo shvatati tek posle radova Alberta Ajnštajna i Nilsa Bora u prve dve decenije ovog veka. Kao što je Ajnštajn prvi shvatio godine 1905, zrak svetlosti sastoji se od ogromnog broja čestica koje lete u jednom mlazu. Te čestice kasnije su dobile naziv fotoni. Fotoni nemaju nikakvu masu niti električni naboj, ali svaki foton ima izvesnu, tačno određenu, energiju, koja je obrnuto srazmerna talasnoj dužini te svetlosti. Bor je 1913. izložio pretpostavku da atomi i molekuli mogu postojati samo u tačno određenim stanjima, stabilnim konfiguracijama koje imaju svaka svoju određenu energiju. Iako se često kaže da su atomi nalik na male sunčeve sisteme, postoji između atoma i sunčevih sistema i jedna ključna razlika. U nekom sunčevom sistemu moguće je pogurati neku planetu na orbitu malo udaljeniju od sunca, dodajući planeti malo energije, ili malo više, ali kod atoma ta stanja su diskretna - atom može primiti samo izvesne tačno određene količine energije, ne može malo više ili malo manje. Normalno stanje za svaki atom ili molekul jeste stanje njegove najmanje (najniže) enegije. A kad atom ili molekul apsorbuje svetlost, on preskače iz stanja niže u neko od svojih stanja više energije (i obratno, kad emituje svetlost). Uzete zajedno, ove ideje Ajnštajna i Bora kažu nam da jedan atom ili jedan molekul mogu apsorbovati svetlost samo ako talasna dužina svetlosti ima jednu od nekoliko tačno određenih vrednosti. To su baš one talasne dužine koje odgovaraju fotonskim energijama jednakim razlici energije koju taj atom ili molekul ima u svom normalnom stanju i u svom stanju povišene energije. Kad bi to ikako drugačije bilo, onda ne bi prilikom apsorbovanja fotona od strane atoma ili molekula bilo očuvanja energije. Tipična bakarna jedinjenja imaju zelenkastoplavu boju zato što postoji jedno određeno stanje atoma bakra kad on ima energiju za 2 volta višu nego što bi normalno imao; izuzetno je lako atomu bakra da preskoči na taj viši nivo tako što će apsorbovati jedan foton čija je energija baš 2 volta.Volt, kad se koristi kao jedinica energije, definiše se ovako: volt je energija koju ima jedan elektron kad ga guramo kroz neku žicu baterijom od 1 volt. (Kad se tako koristi, ova jedinica bi trebalo, ispravnije, da se zove 'elektron-volt', ali ja ću govoriti samo 'volt' zato što je to uobičajeno u fizici.) Mikron je milioniti deo metra. Takav foton ima talasnu dužinu od 0,62 mikrona, koja odgovara crvenkastonaranžastoj boji, pa kad se dogodi apsorpcija takvih fotona, onda oni preostali, odbijeni, daju našem oku utisak zelenkastoplave boje. (Ovo nije samo trapav način da se još jednom kaže ista stvar - naime, da su ta jedinjenja zelenkastoplava; vidimo isti obrazac atomskih energija i kad atomu bakra dodajemo energiju i na neki drugi način: na primer, zaspemo ga mlazom elektrona.) Kreda je bela zato što molekuli od kojih je sastavljena nemaju (eto, slučaj je takav, naprosto nemaju) nijedno stanje u koje bi lako preskakali ukoliko bi apsorbovali fotone ma koje boje vidljive svetlosti.
     Zašto? Zašto atomi i molekuli imaju ta svoja diskretna stanja, a svako stanje svoju tačno određenu energiju? Zašto te energetske vrednosti jesu tolike kolike jesu? Zašto svetlost dolazi u vidu pojedinačnih čestica, od kojih baš svaka ima energiju obrnuto srazmernu njenoj talasnoj dužini? I zašto je izuzetno lak preskok atoma ili molekula na viša energetska stanja upravo apsorbovanjem fotona? Nije bilo moguće shvatiti ove osobine svetlosti i atoma ili molekula sve dok, sredinom dvadesetih godina, nije postavljen jedan novi okvir za fiziku, poznat kao kvantna mehanika. Čestice okupljene u jednom atomu ili molekulu opisuju se, u kvantnoj mehanici, pomoću nečega što se zove talasna funkcija. A talasna funkcija se ponaša donekle nalik na talas svetlosti, ili na zvučni talas, s tim što amplituda te funkcije (tačnije, kvadrat amplitude te funkcije) daje verovatnoću da ćemo česticu naći na nekom određenom mestu. Baš kao što vazduh u cevima orgulja može trepereti samo na izvestan broj određenih načina, svaki put sa nekom određenom talasnom dužinom, tako i talasna funkcija za bilo koju česticu u atomu ili molekulu može da se pojavi samo u jednom određenom broju kvantnih stanja, pri čemu svako kvantno stanje ima svoju energiju. Kad se jednačine kvantne mehanike primene na atom bakra, pokaže se da je jedan od njegovih elektrona na energetski najvišoj (spoljašnjoj) orbiti labavo vezan i da lako može preskočiti na sledeću, još višu orbitu, ako apsorbuje vidljivu svetlost. Kvantnomehanički proračuni pokazuju da se energija tog atoma u prvom stanju razlikuje od one u drugom stanju za tačno 2 volta, a to je jednako energiji fotona crvenkasto-naranžaste svetlosti.U metalnom bakru, ti elektroni napuštaju svoje atome i teku između njih, pa zato bakar u metalnom stanju i nema nikakvu posebnu sklonost da apsorbuje fotone narandžaste svetlosti, zbog čega i nije zelenkastoplav. Međutim, molekuli kalcijum-karbonata u komadu krede, nekim slučajem, nemaju nijedan labavo vezan elektron koji bi mogao apsorbovati fotone ma koje vidljive talasne dužine. A što se tiče fotona, njihove osobine objašnjavaju se tako što se načela kvantne mehanike primenjuju, na sličan način, i na samu svetlost. Pokazuje se da i svetlost, poput atoma, može postojati samo u izvesnim kvantnim stanjima, od kojih svako može imati samo jednu, tačno određenu energiju. Na primer, crvenkastonarandžasto svetlo sa talasnom dužinom od 0,62 mikrona može postojati samo u stanjima čije su energije jednake: nula, 2 volta, 4 volta, 6 volti, i tako dalje, a mi to tumačimo kao stanja u kojima ne postoji nijedan foton, ili postoji jedan foton, ili dva fotona, ili tri fotona, i tako dalje, a svaki foton ima energiju od tačno 2 volta.
     Zašto? Zašto su kvantnomehaničke jednačine koje vladaju česticama u atomima takve kakve jesu? Zašto se materija sastoji od tih čestica, elektrona i atomskih jezgara? Pa, kad već tako pričamo, zašto uopšte postoji nešto tako kao što je svetlost? Većina ovih pitanja bila je prilično tajanstvena u dvadesetim i tridesetim godinama, kad je kvantna mehanika prvi put primenjena na atome i svetlost, a malo bolje je shvaćena u poslednjih petnaestak godina, kad je takozvani standardni model elementarnih čestica i sila postigao uspeh. Ključni preduslov za ovo novo razumevanje bilo je pomirenje do koga je došlo u četrdesetim godinama između kvantne mehanike i one druge velike revolucije u fizici dvadesetog veka, Ajnštajnove teorije relativnosti. Načela relativnosti i kvantne mehanike međusobno su maltene nespojiva i mogu koegzistirati samo u jednoj ograničenoj klasi teorija. U nerelativističkoj kvantnoj fizici dvadesetih godina, mi smo mogli zamišljati takoreći svaku ili bilo koju vrstu sila između elektrona i jezgara, ali, kao što ćemo videti, u relativističkoj teoriji nije tako, nego se sile između čestica mogu javiti samo kao posledica razmene sa drugim česticama. Nadalje, sve te čestice su paketići energije, kvanti, u raznim vrstama polja. Neko polje, recimo električno ili magnetno ili neko drugo, jeste jedna vrsta napetosti u prostoru, nešto nalik na napetosti koje mogu postojati u nekom čvrstom telu, s tim što je polje - napetost u samom prostoru. Postoji po jedan tip polja za svaku vrstu elementarnih čestica; u standardnom modelu, postoji elektronsko polje, čiji kvanti jesu elektroni; postoji elektromagnetno polje, sačinjeno od električnih i magnetnih polja, čiji kvanti jesu fotoni; ne postoji polje za atomska jezgra, niti za čestice (poznate kao protoni i neutroni) od kojih su sačinjena jezgra, ali zato postoje polja za različite tipove čestica koje se zovu kvarkovi, od kojih su načinjeni i protoni i neutroni; a ima i nekoliko drugih polja, koja sad nije potrebno posebno pominjati. Jednačine teorija polja poput ove standardne ne bave se česticama, nego poljima; a čestice se pojavljuju kao manifestacije tih polja. Razlog što je obična materija sazdana od elektrona, protona i neutrona jeste naprosto taj što su sve druge masivne čestice nestabilne, i tu svoju nestabilnost pokazuju na silovit, žestok način. Standardni model zaslužuje da ga smatramo dobrim objašnjenjem zato što nije naprosto ono što kompjuterski hakeri opisuju izrazom 'kladž' (kludge), što kod njih znači: gomila kojekakvih delova sklepana kako bilo, ali ipak sposobna da radi i uradi posao. Struktura standardnog modela je najvećim svojim delom prilično kruta čim se odlučimo za jedan izbor polja koja treba modelom obuhvatiti i jedan izbor opštih načela (kao što su kvantna mehanika i teorija relativnosti) koja vladaju međudejstvima tih polja.
     Zašto? Zašto se svet sastoji od baš tih polja: od polja kvarkova, polja elektrona, polja fotona i tako dalje? Zašto ta polja imaju baš te osobine koje su u standardnom modelu uzete kao polazne pretpostavke? Pa, kad već tako pričamo, zašto priroda poslušno ispunjava ono što od nje zahtevaju načela relativosti i kvantne mehanike? Izvinjavam se - na ta pitanja još nisu nađeni odgovori. Komentarišući današnje stanje fizike, Dejvid Gros (David Gross), teoretičar sa Prinstona, daje spisak pitanja koja su još otvorena: "Sad kad razumemo kako te stvari dejstvuju, počinjemo se pitati zašto postoje kvarkovi i leptoni, zašto se ustrojstvo materije ponavlja u tri generacije kvarkova i leptona, zašto sve sile proističu iz lokalnih gradijentnih simetrija? Zašto, zašto, zašto?" (Ovi termini, nabrojani na Grosovom spisku 'zašto', biće objašnjeni u našim kasnijim poglavljima.) Upravo nada da će se naći odgovori na ova pitanja čini fiziku elementarnih čestica tako uzbudljivom.
     Reč 'zašto' je po zlu poznata zbog svoje klizavosti. Filozof Ernest Nejdžel (Ernest Nagel) nabraja deset primera pitanja sa rečju 'zašto' gde ta reč svaki put znači nešto drugo, na primer: "Zašto led plovi po vodi?", "Zašto je Kasije spremio zaveru za ubistvo Cezara?",i "Zašto ljudska bića imaju pluća?" Drugi primeri u kojima se 'zašto' koristi u nekim drugim značenjima začas vam padnu na pamet, recimo: "Zašto sam rođen?" (ili: rođena). Ja ću upotrebljavati 'zašto' po smislu blisko onome u pitanju "Zašto led plovi po vodi?" utoliko što se ne sugeriše da je neko imao neku svesnu nameru.
     Pa i tako, prilično je pipavo odrediti tačno šta čovek radi kad na takvo pitanje odgovara. Srećom, nije baš ni neophodno. Naučno objašnjavanje jeste jedan način ponašanja koji nam omogućuje, baš kao i ljubav ili umetnost, da uživamo. Najbolji način da se shvati priroda naučnog objašnjavanja jeste da iskusite onu neobičnu, žestoku radost, kao da sve u vama zazvoni, kad neko (najbolje je da to budete Vi lično) uspe da, zaista, objasni nešto. Ne želim time da kažem da se čovek može u naučna objašnjavanja upuštati sasvim nesputano, ali ne može ni u ljubav, ni u umetnost. U sva ta tri slučaja postoji neka standardna istina koju čovek mora da uvažava, mada, naravno, reč 'istina' ne znači baš isto u nauci, u ljubavi, i u umetnosti. Takođe ne želim reći da nije nimalo zanimljivo pokušati formulisati neke uopštene opise o načinu na koji se u nauci radi; ali takvi opisi nisu stvarno potrebni u jednom naučnom delu, a kad pogledate, nisu ni u ljubavi, a ni u umetnosti.
     Naučno objašnjavanje kakvo sam ja dosad opisivao očigledno se zasniva na izvođenju jedne istine iz druge. Ali objašnjavanje nije samo dedukcija; ono je i više, ali i manje od toga. Dedukcijom izvesti jednu tvrdnju iz neke druge ne daje uvek objašnjenje, što vidimo u slučajevima kad se dve tvrdnje mogu izvoditi tako što prva proističe iz druge, a druga, jednako, iz prve. Ajnštajn je 1905. godine izveo zaključak da moraju postojati fotoni, tako što se oslanjao na uspešnu teoriju toplotnog zračenja koju je pet godina ranije predložio Maks Plank; a sedamnaest godina kasnije, Satjendra Nat Boze (Satyendra Nath Bose) pokazao je da se ta Plankova teorija mogla izvesti iz Ajnštajnove teorije fotona. Objašnjavanje, za razliku od dedukcije, nosi u sebi i jedinstveno osećanje usmerenosti. Mi imamo neodoljiv utisak da je fotonska teorija svetlosti temeljnija nego bilo kakve izjave o toplotnom zračenju, i zato kažemo da ona predstavlja objašnjenje i za toplotno zračenje. Iako je Njutn svoje slavne zakone kretanja izveo jednim delom iz ranijih Keplerovih, u kojima je Kepler opisao kretanje planeta u Sunčevom sistemu, mi naprosto kažemo da Njutnovi zakoni objašnjavaju i Keplerove, a ne obrnuto.
     Razgovor o još temeljnijim istinama nervira filozofe. Možemo reći da su osnovnije istine one istine koje su u nekom smislu obuhvatnije, ali i to je teško baš tačno iskazati. Međutim, gde bi naučnici bili kad bi se ograničili samo na ideje koje su filozofi uspešno razvili. Nijedan aktivni fizičar ne sumnja da su Njutnovi zakoni osnovniji od Keplerovih, niti da je Ajnštajnova teorija fotona osnovnija od Plankove teorije o toplotnom zračenju.
     Naučno objašnjenje može biti i nešto manje od dedukcije, jer mi možemo kazati da je neka činjenica objašnjena nekim načelom, iako je ne možemo dedukcijom izvesti iz tog načela. Koristeći pravila kvantne mehanike, možemo dedukovati razne osobine jednostavnijih atoma i molekula, i čak proceniti, otprilike, energetski nivo nekih složenih molekula kao što su molekuli kalcijum-karbonata u kredi. Hemičar Henri Šefer (Henry Shafer) sa Berklija javlja da "najnoviji teorijski metodi, inteligentno primenjeni na mnoge molekule čak tako krupne kao što je naftalin, daju nalaze koje možemo ceniti jednako kao da su dobijeni pouzdanim opitima". Ali niko nije stvarno uzeo da rešava jednačine kvantne mehanike da bi dedukovao tačnu talasnu funkciju ili tačnu energiju nekog zaista složenog molekula, kao što je molekul proteina. Pa ipak, mi nimalo ne sumnjamo u to da pravila kvantne mehanike 'objašnjavaju' i odlike takvih molekula. Ovo je delimično zbog toga što možemo upotrebiti kvantnu mehaniku da dedukujemo, do tančina, osobine jednostavnijih sistema kao što su molekuli vodonika, ali delom i zato što raspolažemo matematičkim pravilima koja bi nam omogućila da izračunamo sve osobine bilo kog molekula sa bilo kojim željenim stepenom tačnosti ako bismo imali dovoljno veliki kompjuter i dovoljno kompjuterskog vremena.
     Možemo ponekad reći da je nešto objašnjeno čak iako nismo ubeđeni da ćemo ikad biti u mogućnosti da to dedukujemo. U ovom trenutku, ne znamo kako da primenimo naš standardni model na atomska jezgra i izračunamo podrobno njihove osobine, i nismo sigurni da ćemo ikada znati kako da te proračune izvedemo, pa čak ni ako bi nam na raspolaganju stajalo neograničeno računarsko vreme. (To je zato što su sile u jezgru toliko jake, da ne dopuštaju nijednu od onih računskih tehnika koje uspevaju kod atoma i molekula.) Ipak, mi ne sumnjamo da osobine jezgara jesu takve kakve jesu upravo zbog poznatih načela standardnog modela. Ova reč 'zbog' ne odnosi se na našu sposobnost da se stvarno latimo posla i dedukujemo nešto, nego odražava naše viđenje poretka stvari u prirodi.
     Ludvig Vitgenštajn (Ludwig Wittgenstein) je upozorio, poričući svaku mogućnost da se jedna činjenica objasni pomoću neke druge, da "u temelju celog modernog pogleda na svet leži privid da takozvani zakoni prirode jesu objašnjenja za prirodne pojave". Ovakva upozorenja ostavljaju me hladnim. Reći fizičaru da zakoni prirode ne objašnjavaju prirodne pojave isto je što i reći tigru koji se šunja prema svom plenu da je 'sve meso trava'. Činjenica da mi naučnici ne umemo da objasnimo, na način koji bi filozofi odobrili kao ispravan, šta mi to, zapravo, radimo, ne znači da ne radimo korisne stvari. Dobro bi nam došla pomoć profesionalnih filozofa da bolje razumemo šta radimo, ali ako njihove pomoći ne bude, mi ćemo svejedno nastaviti da obavljamo svoj posao.
     Mogli bismo krenuti duž sličnog lanca 'zašto' za svaku od fizičkih osobina krede: zašto se lako lomi, zašto ima takvu gustinu, zašto pruža takav otpor proticanju električne struje. Ali pokušajmo sada ući u lavirint objašnjavanja kroz jedna druga vrata - razmotrimo hemijske osobine krede. Kao što je Haksli rekao, kreda je uglavnom jedno jedinjenje; on je rekao 'karbonat krečnjaka', mi se danas izražavamo modernije - kalcijum-karbonat. Haksli nije rekao, ali je verovatno znao da se ta hemikalija sastoji od tri elementa, i to od kalcijuma, ugljenika i kiseonika, i to u nepromenljivoj težinskoj razmeri koja iznosi 40% za prvi, 12% za drugi i 48% za treći od pomenutih hemijskih elemenata.
     Zašto? Zašto nalazimo ovo hemijsko jedinjenje kalcijuma, ugljenika i kiseonika baš u toj razmeri svaki put, a ne nalazimo ga u mnogo drugih razmera? Odgovor su našli hemičari u devetnaestom veku služeći se teorijom atoma, još pre nego što je iko našao ijedan neposredan eksperimentalni dokaz da atomi postoje. Težine jednog atoma kalcijuma, jednog atoma ugljenika i jednog atoma kiseonika stoje u međusobnoj razmeri 40:12:16, ali u sastav jednog molekula kalcijum-karbonata ulaze jedan atom kalcijuma, jedan ugljenika i tri atoma kiseonika, pa su zato težinski odnosi kalcijuma, ugljenika i kiseonika u kalcijum-karbonatu 40:12:48.
     Zašto? Zašto atomi raznih elemenata imaju te težine koje opažamo, i zašto se molekuli sastoje od tačno određenog broja atoma svake vrste? Već u devetnaestom veku znalo se da je u molekulima kao što je kalcijum-karbonat broj atoma pomenuta tri elementa određen električnim nabojima koje između sebe razmenjuju, kad se ujedinjuju u molekul, ti atomi. Godine 1897. Dž. Dž. Tompson je otkrio da te električne naboje prenose negativno naelektrisane čestice zvane elektroni, čestice koje su mnogo lakše od celih atoma i koje, protičući kroz žicu, daju najobičniju električnu struju. Jedan element se od drugog razlikuje naprosto po svom broju elektrona: vodonik ima jedan elektron, ugljenik šest, kiseonik osam, kalcijum dvadeset, i tako dalje. Kad se pravila kvantne mehanike primene na atome od kojih se kreda sastoji, pokaže se da atomi kalcijuma i ugljenika lako daju svoje elektrone, i to kalcijum dva, a ugljenik četiri; a svaki atom kiseonika lako prima dva elektrona. Zato tri atoma kiseonika u kalcijum-karbonatu pokupe svih šest elektrona, dva koja je dao kalcijum i četiri koja je dao ugljenik, i svi su lepo podmireni, nema ni viška, a ni manjka. Električna sila izazvana ovom razmenom elektrona drži molekule na okupu. A atomske težine? Znali smo još od Raderfordovog rada iz 1911. da je gotovo sva masa ili težina atoma sadržana u malom, pozitivno naelektrisanom jezgru, oko koga se elektroni vrte. Posle izvesne zabune, konačno je shvaćeno, u tridesetim godinama, da se atomska jezgra sastoje od dve vrste čestica, sa približno jednakom masom: od protona, koji ima pozitivan električni naboj tačno jednak negativnom električnom naboju elektrona, i od neutrona, koji nema nikakav električni naboj. Jezgro vodonika je naprosto jedan proton. Broj protona mora biti jednak broju elektrona da bi atom ostajao električno neutralan, a neutroni su potrebni zato što je jaka privlačnost između protona i neutrona bitna da bi jezgro ostalo na okupu. Neutroni i protoni imaju maltene istu težinu, a elektroni daleko manju, pa se vrlo dobar približan podatak o težini jednog atoma može dobiti ako naprosto saberemo koliko ima protona i neutrona u jezgru: težina vodonika iznosi jedan (jedan proton), ugljenika dvanaest, kiseonika šesnaest, a kalcijuma četrdeset, što odgovara atomskim težinama koje su bile znane, ali ne i shvaćene, u Hakslijevo doba.
     Zašto? Zašto postoje neutron i proton, jedan neutralan, a drugi naelektrisan, a oba sa otprilike istom masom i oba mnogo teža nego elektron? Zašto se privlače tako silno, da stvaraju atomsko jezgro koje je nekih sto hiljada puta manje nego atom? Objašnjenje opet nalazimo u pojedinostima našeg sadašnjeg standardnog modela elementarnih čestica. Najlakši kvarkovi zovu se 'u' i 'd', po engleskim rečima za gore i dole (up, down) i imaju električne naboje, i to prvi + 2/3, a drugi -1/3. (Ako za jedinicu mere smatramo naelektrisanje elektrona i kažemo da je ono -1.) Proton se sastoji od dva u i jednog d, pa zato ima naelektrisanje 2/3 + 2/3 - 1/3 = +1. Neutron se sastoji od samo jednog u, ali dva d, i otud ima naboj 2/3 - 1/3 - 1/3 = 0. Mase protona i neutrona su približno jednake zato što potiču uglavnom od jakih sila koje drže kvarkove na okupu, a te sile su jednake kod u kvarka i d kvarka. Elektron je mnogo lakši zato što ne oseća te jake sile. Svi ti kvarkovi i elektroni su paketići energije različitih polja, a njihove odlike proističu iz odlika tih polja.
     I eto nas opet kod standardnog modela. Uistinu, bilo koje pitanje o fizičkim i hemijskim osobinama kalcijum-karbonata odvešće nas, na način manje-više isti, duž lanca ovih 'zašto' do iste tačke konvergencije: do naše sadašnje kvantnomehaničke teorije elementarnih čestica, do standardnog modela. Ali fizika i hemija su lake. Šta ako se upustimo u nešto teže, kao što je biologija?
     Naša kreda nije neki savršeni kristal kalcijum-karbonata, ali opet, nije ni neka neorganizovana masa pojedinačnih molekula, kao što gas jeste. Umesto toga, kreda je, kao što je Haksli i objasnio u svome predavanju u Noriču, sačinjena od kostura vrlo sitnih organizama koji su u sebe upijali izvesnu količinu kalcijumovih soli, kao i ugljen-dioksida, iz drevnih mora, da bi od tih sirovina gradili oko svojih mekanih tela kalcijum-karbonatne ljušturice. Nije potrebno mnogo mašte da čovek uvidi zašto im je to bilo korisno: more nije bezbedno mesto za nezaštićene zalogajčiće belančevina. Ali ovo ne objašnjava, samo po sebi, zašto biljke i životinje razvijaju organe poput tih kalcijum-karbonatnih oklopa da bi opstale; imati potrebu za nečim nije isto što i dobiti to nešto. Ključ za ovo nađen je u radovima Darvina i Volisa (Alfred Russel Wallace), a Haksli je dao ogroman doprinos njihovom popularisanju i branjenju. Živa bića pokazuju nasledne varijabilnosti - neke korisne, a neke ne - ali oni organizmi koji imaju korisne varijacije češće preživljavaju, pa zato i prenose svoje osobine naslednicima, svome potomstvu. Ali otkud varijacije i zašto su nasledno prenosive? To je konačno objašnjeno tokom četrdesetih godina našeg veka, kad je sagledana struktura jednog veoma velikog molekula, DNK (dezoksiribonukleinska kiselina), koji služi kao kalup na kome se od amino-kiselina kuje i sastavlja jedna po jedna belančevina. Molekul DNK ima oblik dvostrukog heliksaVrsta spirale - prim. prev. koji čuva genetske informacije u jednom kodu zasnovanom na nizanju hemijskih jedinica duž dve uporedne niti tog heliksa. Genetska informacija se prenese kad se dvostruki heliks rascepi i svaka nit sklopi po jednog dvojnika sebe; nasledne varijacije dogode se kad neka nezgoda poremeti hemijske jedinice koje sačinjavaju jednu i drugu nit heliksa.
     Kad se siđe na nivo hemije, ostatak je srazmerno lak. Doduše, DNK je suviše složena da bismo mogli pomoću jednačina kvantne mehanike otkrivati njenu strukturu. Ali ta struktura je i pomoću metoda obične hemije otkrivena dovoljno dobro, i niko ne sumnja u to da bismo mi, imajući dovoljno veliki računar, mogli, u načelu, objasniti sve osobine DNK tako što bismo rešavali kvantnomehaničke jednačine za elektrone i jezgra elemenata koji je čine, a to su dobro znani, najobičniji elementi, čije je osobine standardni model rešio. I eto, opet smo na onoj istoj tački konvergencije naših strelica objašnjenja.
     Malo sam ovde prikrio jednu važnu razliku između biologije i fizike: element istoričnosti. Ako, izgovarajući reč 'kreda', imamo na umu 'onaj materijal od koga su bele litice na obali kod Dovera', ili 'onaj materijal u Hakslijevoj ruci', onda izjava da se kreda sastoji od 40% kalcijuma, 12% ugljenika i 48% kiseonika mora naći svoje objašnjenje u jednoj mešavini univerzalnog i istorijskog; u to moraju ući i razni događaji iz istorije naše planete ili iz života Tomasa Hakslija. One tvrdnje koje se možemo nadati da objasnimo pomoću konačnih zakona prirode jesu tvrdnje o opštim istinama. Jedna takva univerzalna tvrdnja jeste izjava da (pri dovoljno niskim temperaturama i pritiscima) postoji jedno hemijsko jedinjenje sačinjeno od kalcijuma, ugljenika i kiseonika u tačno tim razmerama. Mi mislimo da su ovakve izjave istinite svuda u Vaseljeni, u svim vremenima, oduvek i zauvek. Na isti način, možemo davati izjave sa opštim važenjem o osobinama DNK, ali činjenica da na Zemlji postoje živa stvorenja koja koriste DNK i pomoću DNK prenose nasumične varijacije sa pokolenja na pokolenje zavisna je od nekih istorijskih sticaja okolnosti: postoji, eto, jedna planeta kao što je Zemlja; desilo se, nekako, da počne život, i da počne genetika; a posle toga je evolucija imala na raspolaganju dugo vreme u kome je radila svoj posao.
     Ne pojavljuje se ovaj element istoričnosti samo u biologiji. Vidimo ga i u mnogim drugim naukama, kao što su geologija i astronomija. Pretpostavimo da još jednom dohvatimo naš komadić krede i zapitamo se zašto se ovde na Zemlji našlo dovoljno kalcijuma, ugljenika i kiseonika da posluže kao sirovine za fosilne ljušturice od kojih je kreda sačinjena? To je lako - ta tri elementa su najnormalnije zastupljena širom Vaseljene. Ali zašto su? Opet se moramo obratiti jednoj mešavini istorije i opštih načela. Upotrebljavajući standardni model elementarnih čestica, možemo pratiti tok nuklearnih reakcija u standardnoj teoriji Velikog praska dovoljno dobro da izračunamo da se ona materija koja se formirala u prvih nekoliko minuta postojanja Vaseljene sastojala od približno tri četvrtine vodonika i jedne četvrtine helijuma, a da je drugih elemenata bilo samo u tragovima, i to uglavnom onih vrlo lakih kao što je litijum. To su bile sirovine od kojih su kasnije, u zvezdama, napravljeni teži elementi. Proračun o kasnijem toku nuklearnih reakcija u zvezdama pokazuje da elementi koji su najobilnije proizvođeni jesu baš oni elementi čija su jezgra najčvršće vezana unutar sebe, a među takvima su ugljenik, kiseonik i kalcijum. Zvezde su izručivale ovaj materijal u međuzvezdanu sredinu na razne načine, pomoću zvezdanih vetrova i pomoću eksplozija supernova, a onda je iz tog medijuma, koji je bio bogat sastojcima krede, nastalo drugo pokolenje zvezda, kao što je Sunce; sa tim zvezdama obrazovane su i njihove planete. Ali ovaj scenario ostaje u zavisnosti od jedne istorijske pretpostavke - da se dogodio jedan manje-više homogen Veliki prasak, u kome je nastalo približno po deset milijardi fotona na svaki kvark. U toku su napori da se ova pretpostavka objasni pomoću raznih spekulativnih kosmoloških teorija, ali i te teorije se opet oslanjaju na razne istorijske pretpostavke.
     Nije jasno da li će istorijski element i univerzalni element u našim naukama ostati zauvek tako razdvojivi, zasebni. U modernoj kvantnoj mehanici kao i u njutnovskoj mehanici postoji jasna razlika između onih uslova koji nam kažu u kakvom je početnom stanju jedan sistem (svejedno da li je taj sistem cela Vaseljena, ili samo neki deo Vaseljene) i onih zakona koji potonjim razvojem upravljaju. Ali moguće je da će se jednog dana, u budućnosti, doći do zaključka da su početni uslovi bili deo samih zakona prirode. Jedan jednostavan primer koji nam pokazuje kako je to moguće pojavio se u takozvanoj kosmologiji postojanog stanja koju su potkraj četrdesetih godina predložili Herman Bondi (Herman Bondi) i Tomas Gold (Thomas Gold) i, u nešto drugačijoj verziji, Fred Hojl (Fred Hoyle). U toj slici, oni priznaju da se galaksije veoma velikim brzinama udaljavaju jedna od druge (činjenica koju neki ljudi često iskazuju na način koji nas lako može odvesti na pogrešan put - naime, kažu da se 'svemir širi'),Pogrešno nas vodi iskaz 'svemir se širi', jer ne šire se zvezdani sistemi, niti galaksije, niti se širi prostor sam. Galaksije su se razletele na sve strane, i nastavljaju da jure tako, ali to je kretanje kao kad eksplodira neki oblak čestica koje potom nastavljaju da se udaljavaju, brzo, jedna od druge. ali tvrde da se nova materija neprestano stvara da bi popunila sve veće međugalaktičke praznine; štaviše, kažu oni, ta nova materija stvara se tačno onim tempom koji je potreban da bi se izgled Vaseljene održavao - tako da bude uvek isti. Nemamo nijednu uverljivu teoriju o načinu na koji bi se ovo neprekidno stvaranje materije moglo dogoditi, ali prihvatljiva je pretpostavka da bismo, kada bismo imali neku takvu teoriju, mogli pomoću nje pokazati da širenje Vaseljene ima sklonost ka nekoj ravnoteži: naime, da je stvaranje materije uravnoteženo sa širenjem, onako kao što bi trebalo da se cene na tržištu uvek nekako podešavaju i uravnotežuju sve dok ponuda i potražnja ne postanu međusobno izjednačene. U takvoj teoriji postojanog stanja, nikakvih početnih uslova nema, jer nije ni bilo nikakvog početka; zato u njoj dedukujemo izgled svemira polazeći od jednog stanja koje se ne menja.
     Prvobitna verzija teorije postojanog stanja manje-više je srušena raznovrsnim astronomskim posmatranjima, među kojima je glavno ono iz 1964. kada je otkriveno mikrotalasno zračenje koje kao da je zaostalo iz nekog doba kad je svemir bio mnogo vreliji i gušći. Moguće je da će ideja postojanog stanja biti vraćena u život, i to u mnogo veličanstvenijim razmerama, u nekoj budućoj kosmološkoj teoriji u kojoj bi se sadašnje širenje Vaseljene ocrtalo samo kao jedna fluktuacija u večnoj, ali i večno fluktuirajućoj Vaseljeni koja, u proseku, ostaje uvek ista. Ima i drugih, finijih načina da se jednog dana eventualno dedukuju početni uslovi iz konačnih zakona. Džejms Hartl (James Hartle) i Stiven Hoking (Stephen Hawking) predložili su jedan način na koji bi ova fuzija fizike i istorije mogla biti dostignuta primenom kvantne mehanike na celu Vaseljenu. Kvantna kosmologija je danas predmet žustrog sporenja među teoretičarima; njeni konceptualni i matematički problemi su veoma teški, i zasad se ne primećuje napredak ka nekim određenim zaključcima.
     U svakom slučaju, čak i ako se početni uslovi Vaseljene jednog dana uspešno uključe u zakone prirode, ili dedukuju iz njih, mi, iz čisto praktičnih razloga, nikada nećemo moći da odstranimo slučajne i istorijske elemente iz nauka kao što su biologija, astronomija i geologija. Stiven Gould je iskoristio čudnovate fosile (zaista nastranog izgleda) u Burdžesovom škriljcu, u kanadskoj saveznoj državi Britanska Kolumbija, da ilustruje kako je malo neizbežnoga u obrascima biološke evolucije na Zemlji. Čak i u vrlo jednostavnim sistemima može se pojaviti fenomen zvani haos koji potire naše napore da im predvidimo budućnost. Haotičan sistem je onaj u kome maltene sasvim jednaki početni uslovi mogu na kraju dovesti do sasvim različitih ishoda. Mogućnost haosa u jednostavnim sistemima bila je, zapravo, poznata već na početku ovog veka; matematičar i fizičar Anri Poenkare (Henri PoincarQ) pokazao je tada da se haos može razviti čak i u sistemu tako jednostavnom kao što je sunčev sistem sa samo dve planete. Već mnogo godina se zna da tamne praznine u Saturnovim prstenovima jesu na tačno onim mestima odakle bi haotična kretanja mogla izbaciti svaku orbitujuću česticu. Ono novo i uzbudljivo u teoriji haosa danas nije otkriće da haos postoji, nego otkriće da izvesne vrste haosa ispoljavaju neke gotovo opšte osobine koje se mogu matematički analizovati.

    Postojanje haosa ne znači da ponašanje sistema kao što su Saturnovi prstenovi nije potpuno određeno zakonima kretanja i gravitacije i svojim početnim uslovima, nego samo znači da mi, kao ljudi koji se prihvataju praktičnih poslova, ne možemo izračunati kako će se neke stvari ponašati (na primer, čestice na orbitama u tamnim pukotinama između Saturnovih prstenova). Ili, da kažemo još tačnije: prisustvo haosa u jednom sistemu znači da, bez obzira na to koliko tačno mi ustanovljavamo početne uslove, mora ipak doći vreme kada ćemo izgubiti svu svoju sposobnost da predvidimo dalje ponašanje sistema, mada će ostati na snazi i druga istina: naime, koliko god daleko u budućnost poželimo da protegnemo naše prognoze o ponašanju jednog sistema kojim vladaju Njutnovi zakoni, uvek postoji jedan stepen tačnosti merenja početnih uslova koji bi nam uistinu i omogućio da predvidimo njegovo ponašanje. (To je kao da kažemo da, iako automobil koji nastavi da vozi mora pre ili posle potrošiti sav svoj benzin i stati, pa ma koliko da smo sipali u rezervoar, ipak, bez obzira na to koliko daleko smo mi naumili da otputujemo, uvek postoji jedna mera, odnosno količina benzina koja bi bila dovoljna za putovanje tako daleko.) Drugim rečima, otkriće haosa nije ukinulo determinizam pretkvantne fizike, ali nas jeste prinudilo da budemo malo obazriviji kad se izjašnjavamo šta taj determinizam, po našem mišljenju, znači. Kvantna mehanika nije deterministička u istom smislu kao njutnovska mehanika; Hajzenbergovo načelo neodređenosti upozorava nas da ne možemo tačno izmeriti istovremeno i položaj i brzinu čestice, kao i da, čak i u slučaju da uspešno izvedemo sva merenja koja jesu moguća u jednom trenutku, već za sledeći i sve sledeće trenutke možemo predvideti samo verovatnoće o onome što će se dešavati. Pa ipak, kao što ćemo videti, čak i u kvantnoj mehanici još postoji istina da je, u jednom smislu reči, ponašanje svakog fizičkog sistema u potpunosti determinisano, odnosno određeno početnim uslovima i zakonima prirode.
     Naravno, taj determinizam koji, u manjoj ili većoj meri, u načelu opstaje, neće nam mnogo pomoći kad smo prinuđeni da radimo na stvarnim sistemima koji nisu jednostavni, kao što je berza ili život na Zemlji. Uplitanje istorijskih slučajnosti zauvek ograničava obim onoga što se možemo nadati da objasnimo. Svako objašnjenje sadašnjih oblika života na Zemlji mora uzeti u obzir izumiranje dinosaurusa pre šezdeset pet miliona godina, a sadašnje objašnjenje za tu pojavu bilo bi da je udarila kometa; ali niko nikada neće moći da objasni otkud to da kometa udari u Zemlju baš tada. Vrhunac svih mogućih nada nauke bio bi da ćemo jednog dana moći da ocrtamo objašnjenja za sve prirodne pojave polazeći od prirodnih zakona, kao i od istorijskih slučajnosti.
     Ovo večito utrpavanje istorijskih slučajnosti u nauku takođe znači da moramo dobro pripaziti kakvu vrstu objašnjenja zahtevamo od naših konačnih zakona. Na primer, kad je Njutn prvi put predložio svoje zakone kretanja i gravitacije, njemu je zamereno da ti zakoni ne objašnjavaju jednu od najupadljivijih nepravilnosti u Sunčevom sistemu - naime, činjenicu da se sve planete okreću oko Sunca u istom smeru. Danas mi shvatamo da je to stvar istorije. Način na koji se planete okreću oko Sunca jeste posledica činjenice da se Sunčev sistem iz rotirajućeg diska gasa kondenzovao na jedan tačno određeni način, a ne na neki drugi. Ne bismo ni očekivali da pravac okretanja planeta oko Sunca izvedemo samo na osnovu zakona kretanja i gravitacije. Razdvojiti zakon od istorije, to vam je delikatan posao, koji mi kroz praksu sve bolje učimo.
     Ne samo da je moguće da će ono što danas smatramo proizvoljnim početnim uslovima biti jednog dana, konačno, ipak izvedeno iz univerzalnih zakona - moguće je i obrnuto: da će se za načela koja mi danas smatramo univerzalnim zakonima jednog dana ispostaviti da su bila samo istorijske slučajnosti. Nedavno se nekolicina teorijskih fizičara počela poigravati idejom da ono što mi obično nazivamo Vaseljena - naime, ovaj oblak galaksija koji se širi i koji se prostire bar nekoliko desetina milijardi svetlosnih godina u svakom pravcu - jeste samo jedna pod-vaseljena, maleni deo mnogo veće megavaseljene koja bi se sastojala od mnogo takvih delova, s tim što bi u svakom od njih one vrednosti koje mi nazivano prirodne konstante (električni naboj elektrona, razmera masa elementarnih čestica i tako dalje) mogle biti drugačije. Možda će se ispostaviti da čak i ono što nazivamo zakonima prirode varira od jedne do druge takve podvaseljene. U tom slučaju, objašnjenje za konstante i zakone koje smo mi otkrili možda u sebi sadrži i jedan neizbrisivi istorijski element: udes koji nas je bacio baš u ovu podvaseljenu gde jesmo. Ali čak i ako bi se pokazalo da u tim idejama ima nečega, ne verujem da ćemo morati da odustanemo od naših snova o otkrivanju konačnih zakona prirode; ti konačni zakoni bili bi, onda, megazakoni koji određuju kakve su verovatnoće bivanja u ovom ili onom tipu podvaseljena. Sidni Koulman i drugi već su preduzeli odvažne pokušaje da izračunaju te verovatnoće primenjujući kvantnu mehaniku na celu megavaseljenu. Želeo bih naglasiti da su ovo veoma spekulativne ideje, koje nisu matematički u potpunosti formulisane i za koje, do danas, ne postoji nikakva eksperimentalna podrška.
     Priznao sam dosad postojanje dva problema koji su se isprečili na našem putu duž lanca objašnjenja ka konačnim zakonima: jedan je zadiranje istorijskih slučajnosti, drugi je složenost koja nam onemogućava da, bukvalno, objasnimo sve, čak i ako se ograničimo samo na univerzalne stvari, slobodne od istoričnosti. Postoji još jedan problem sa kojim se treba suočiti, a taj je spojen sa sada veoma popularnim izrazom 'izranjanje'. Naime, dok gledamo prirodu i prenosimo pogled ka nivoima sve veće i veće složenosti, vidimo da izranjaju izvesne pojave kojih uopšte nema na jednostavnijim nivoima, a ponajmanje na nivou elementarnih čestica. Na primer, nema ničeg ni nalik na inteligenciju na nivou pojedinačne žive ćelije, a, opet, ničega ni nalik na život - na nivou atoma i molekula. Suštinu izranjanja lepo je uhvatio fizičar Filip Anderson (Philip Anderson) naslovom jednog svog članka iz 1972: 'Više je drugačije'.Misli se na 'više' u smislu 'veća količina nečega', a ne 'na većoj visini' - prim. prev. Izranjanje novih pojava na višim nivoima složenosti najupadljivije je u biologiji i u naukama o ponašanju (bihejvioralnim disciplinama), ali važno je shvatiti da takvo izranjanje nije nešto što bi se pojavljivalo samo kod živih bića, ili samo u ljudskim poslovima; događa se i u samoj fizici.
     Primer izranjanja koji je istorijski najznačajniji u fizici jeste termodinamika, nauka o toploti. Kako su je prvobitno formulisali u devetnaestom veku Karno (Carnot), Klauzijus (Clausius) i drugi, termodinamika je bila jedna autonomna nauka, nije bila dedukovana iz mehanike čestica i sila nego izgrađena na konceptima kao što su entropija i temperatura, za koje u mehanici ne postoji pandan, odnosno nema ničeg što je jednom drugom ambijentu slično i odgovarajuće po ulozi. Samo je prvi zakon termodinamike, o očuvanju energije, služio kao most između mehanike i termodinamike. Središnje načelo termodinamike bilo je drugi njen zakon, po kome (po jednoj formulaciji) fizički sistemi poseduju ne samo energiju i temperaturu nego i jednu osobinu zvanu entropija, koja se proticanjem vremena uvek uvećava u svakom zatvorenom sistemu, a dostiže najveću vrednost kad je taj sistem u ravnoteži. To je načelo koje zabranjuje Tihom okeanu da spontano preda Atlantiku toliko toplotne energije da se Tihi zaledi, a Atlantski proključa; takva kataklizma ne bi morala narušiti zakon očuvanja energije, ali jeste zabranjena, zato što bi umanjila entropiju.
     Fizičari devetnaestog veka su, najčešće, uzimali drugi zakon termodinamike kao aksiom, izvučen iz iskustva, jednako temeljan kao što je i ma koji drugi zakon prirode. U to vreme, to nije bilo nerazumno. Jasno se videlo da termodinamika uspešno dejstvuje u najrazličitijim kontekstima, od ponašanja vodene pare (problem koji je termodinamici omogućio početak) do zamrzavanja, ključanja i hemijskih reakcija. (Danas bismo dodali još neke, egzotičnije primere; astronomi su otkrili da se oblaci zvezda u globularnim jatima ponašaju kao gasovi sa određenom temperaturom, a rad Džejkoba Bekenštajna /Jacob Bekenstein/ i Hokinga pokazao je, teorijski, da crna rupa ima entropiju srazmernu svojoj površini.) Ako je termodinamika toliko univerzalna, kako se ona može logički povezati sa fizikom pojedinih, određenih, vrsta čestica i polja?
     U drugoj polovini devetnaestog veka rad jedne nove generacije teorijskih fizičara, među kojima su bili Maksvel u Škotskoj, Ludvig Bolcman (Ludwig Boltzmann) u Nemačkoj i Džosaja Vilard Gibs (Josiah Willard Gibbs) u Americi, pokazao je da načela termodinamike mogu, zaista, da se izvedu matematički, analizom verovatnoća različitih konfiguracija u izvesnim vrstama sistema, i to u onim vrstama čija je energija raspodeljena na veoma veliki broj podsistema, kao što je, na primer, gas čija je energija raspodeljena među molekulima od kojih je on sačinjen. (Ernest Nejdžel je ovo naveo kao paradigmatičan primer svođenja, odnosno redukcije jedne teorije na drugu.) U tako nastaloj statističkoj mehanici, toplotna energija gasa naprosto je kinetička energija njegovih čestica; entropija je mera nereda u sistemu; a drugi zakon termodinamike izražava težnju izolovanih sistema da postanu još nesređeniji. Prelivanje toplote svih okeana u Atlantski značilo bi povećanje reda; zato se i ne dešava.
     Tokom izvesnog vremena, u osamdesetim i devedesetim godinama devetnaestog veka, vodila se bitka između pristalica nove statističke mehanike i onih koji su, kao Plank i hemičar Vilhelm Ostvald (Wilhelm Ostwald), nastavili da se bore za logičku nezavisnost termodinamike. Ernst Cermelo (Ernst Zermelo) je otišao još dalje, pa je tvrdio da, pošto po statističkoj mehanici smanjenje entropije jeste malo verovarno, ali nije i nemoguće, pretpostavke o molekulima, dakle pretpostavke na kojima se statistička mehanika izgradila, moraju biti pogrešne. Bitku je dobila statistička mehanika, i to početkom ovog, dvadesetog veka, kad je postalo opšte prihvaćeno da su atomi i molekuli stvarnost. Pa ipak, i kad je termodinamika objašnjena u terminima čestica i sila, ona se nastavila baviti izranjajućim konceptima, kao što su temperatura i entropija, koji gube svaki smisao na nivou pojedinačnih čestica.
     Termodinamika više liči na jedan način razmišljanja, nego na skup univerzalnih fizičkih zakona; gde god se ona može primeniti, ona nam i dozvoljava da opravdamo upotrebu istih takvih načela, ali objašnjenje zašto je termodinamika primenljiva na neki određeni sistem imaće uvek oblik dedukcije metodima statističke mehanike na osnovu podrobne slike onoga što sistem sadrži, a ovo nas neizbežno vodi dole, na nivo elementarnih čestica. Pa, kad gledamo onu našu sliku sa strelama objašnjenja, možemo shvatiti da je termodinamika jedan obrazac ili raspored strela, koji se pojavljuje mnogo puta, na mnogo mesta, u veoma različitim fizičkim kontekstima, ali uvek tako da njegove strele možemo metodima statističke mehanike pratiti unazad, do dubljih zakona, i konačno do načela fizike elementarnih čestica. Kao što ovaj primer pokazuje, činjenica da se jedna naučna teorija može uspešno primeniti na mnogobrojne i veoma raznovrsne pojave ne znači, niti uopšte nagoveštava, neku nezavisnot te teorije od dubljih fizičkih zakona.
     Ista ova pouka važi i za druge oblasti fizike, na primer za dve srodne ovoj - haos i turbulenciju. Fizičari koji rade u tim oblastima našli su izvesne obrasce ponašanja koji se javljaju ponovo i ponovo, u kontekstima veoma različitim; na primer, smatra se da postoji izvesna opštost u svim vrtlozima i svakom vrtloženju, od turbulencije morske vode kad plima nadire u moreuz Paget kod Sietla, do turbulencije u međuzvezdanim gasovima koja nastaje kad kroz njih prohuji neka zvezda u prolazu. Ali nisu sva proticanja fluida turbulentna, niti turbulencija, kad se pojavi, svaki put ispoljava te tobož univerzalne osobine. Kakvim god se mi matematičkim rezonovanjem služili da objasnimo opšte osobine turbulencije, ipak nam preostaje dužnost da objasnimo zašto to tako ide kod nekog određenog turbulentnog fluida, a kod drugog ne; a odgovor će se neminovno svoditi na slučajnosti kako se ta voda kanališe, i na opštost kao što su zakoni kretanja fluida i osobine vode - univerzalnosti, međutim, koje se onda moraju objasniti dubljim zakonima.
     Slično se može reći za biologiju. U njoj, glavnina onoga što vidimo jeste proistekla iz istorijskih slučajnosti, a ipak postoje neki obrasci koji su možda samo grubo, približno univerzalni, kao što je ono pravilo populacione biologije koje kaže da se mužjaci i ženke najčešće rađaju u približno jednakom broju. (Godine 1930. genetičar Ronald Fišer /Ronald Fisher/ objasnio je da kad se u nekoj živoj vrsti javi težnja da se rađa, recimo, više mužjaka nego ženki, onda svaki gen koji daje jedinkama sposobnost da proizvode više ženki, a manje mužjaka počinje da se širi kroz populaciju, zato što žensko potomstvo jedinki sa takvim genom nailazi na manje takmaca kad treba naći mužjaka za sparivanje.) Pravila poput ovog važe kod široke raznovrsnosti živih vrsta i može se očekivati da će važiti čak i kod živih bića koja bismo jednog dana mogli otkriti na nekoj drugoj planeti, ukoliko se ta bića razmnožavaju seksualno. Rezonovanje koje vodi do ovih pravila važi i za ljude, i za ptice, i za vanzemaljce, ali ono se uvek zasniva na izvesnim pretpostavkama o tim organizmima, a ako se zapitamo zašto bi one bile tačne, odgovor moramo potražiti jednim delom u istorijskim slučajnostima, a drugim delom u univerzalnostima kao što su osobine DNK (ili ko zna čega što obavlja posao DNK na drugim planetama), koje, opet, moraju naći svoja objašnjenja u fizici i hemiji, pa prema tome i u standardnom modelu elementarnih čestica.
     Ovo se ponekad gubi iz vida zato što naučnici, opisujući svoj konkretni rad na polju termodinamike, dinamike fluida ili populacione biologije, koriste jezike koji važe samo unutar tih polja nauke, posebne jezike; tu se govori o entropiji, ili o vrtloženju, ili o reproduktivnim strategijama, a ne govori se jezikom elementarnih čestica. Razlog nije samo taj što mi ne možemo pomoću naših prvih načela neposredno izračunavati složene pojave, nego i taj što je naš jezik, kad o nečemu govorimo, odraz onih pitanja koja bismo o tome želeli postaviti. Čak i kad bismo imali neki orijaški računar koji bi mogao pratiti istoriju svake pojedine elementarne čestice u nadiranju plimnih voda ili u jednoj voćnoj mušici, dobijena planina odštampane hartije malo bi koristila onome ko bi želeo znati da li se voda komeša i da li je mušica živa.
     Nema razloga da pretpostavimo da konvergiranje naučnih objašnjenja mora voditi i konvergiranju naučnih metoda. Termodinamika, haos i populaciona biologija nastaviće da se služe svaka svojim jezikom, po svojim pravilima, ma šta mi naučili o elementarnim česticama. Kao što hemičar Roald Hofman kaže: "Većina korisnih koncepata u hemiji... je netačna. A kad ih počneš svoditi na fiziku, nestanu." Napadajući one ljude koji bi hteli da svedu hemiju na fiziku, Hans Primas (Hans Primas) je naveo spisak pojedinih koncepata koji su u hemiji korisni, ali koji bi mogli u ovakvom svođenju biti izgubljeni: valenca, struktura veze, lokalizovane orbitale, aromatičnost, kiselost, boja, miris i vodoodbojnost. Ja ne vidim zašto bi hemičari prestali da govore o takvim stvarima; treba da govore, dokle god im je to korisno ili zanimljivo. Ali činjenica da oni nastavljaju tako govoriti ne baca sumnju na jednu drugu istinu - naime, da svi ti pojmovi u hemiji dejstvuju tako kako dejstvuju zbog onog što leži u njihovom temelju, a to je kvantna mehanika elektrona, protona i neutrona. Kao što kaže Lajnus Pauling (Linus Pauling), "Ne postoji nijedan deo hemije koji ne zavisi, u svojoj temeljnoj teoriji, od kvantnih načela."
     Od svih oblasti iskustva koje pokušavamo pomoću strela objašnjenja povezati sa načelima fizike, najteža za tako nešto jeste svest. Mi neposrednim iskustvom znamo da imamo svest, tu nije potrebno ni da nam čula nešto javljaju, ali kako staviti svest u granice fizike i hemije? Fizičar Brajan Pipard, koji je zauzeo staru Maksvelovu katedru, odnosno postao kavendiški profesor na Univerzitetu Kembridž, to formuliše ovako: "Svakako je nemoguće da teorijski fizičar, pa makar imao i neograničenu moć izračunavanja, dedukuje iz zakona fizike da će jedna kompleksna struktura biti svesna svog postojanja."
     Moram priznati da ja, lično, nalazim da je ovo pitanje užasno teško, a za njega i nisam stručnjak. Ali mislim da se ne slažem ni sa Pipardom ni sa drugima koji su istog gledišta. Jasno je da postoji ono što bi književni kritičar mogao nazvati 'objektivna korelativa' svesti: naime, izvesne fizičke i hemijske promene u mom mozgu, koje ja opažam i za koje uviđam da su u korelaciji (kao uzrok, ili kao posledica) sa promenama u mojim svesnim mislima. Sklon sam da se smeškam kad sam zadovoljan; moj mozak pokazuje jednu električnu aktivnost kad sam budan, a drugu, drugačiju, kad spavam; hormoni u mojoj krvi navode me na jaka osećanja; ponekad i kažem ono što mislim. Te nabrojane stvari nisu svest sama; nikad ne bih mogao iskazati osmesima, moždanim talasima, hormonima, a ni rečima, kakvo je to osećanje biti srećan ili tužan. Ali ako za trenutak ostavimo po strani svest, čini se razumno da pretpostavimo da te objektivne korelative svesti možemo proučavati naučnim metodima, i da ćemo ih ranije ili kasnije objasniti u terminima fizike i hemije mozga i tela. (Kad kažem 'objasniti', to ne znači da ćemo baš biti sposobni da predvidimo sve ili da predvidimo mnogo; ali razumećemo zašto osmesi, moždani talasi i hormoni rade tako kako rade, u istom smislu u kome razumemo dejstvovanje vremenskih prilika u našoj atmosferi, iako nismo sposobni da predvidimo vreme za sledeći mesec.)
     U samom Pipardovom Kembridžu ima jedna grupa biologa, na čijem čelu je Sidni Brener, koja je ustanovila potpun dijagram nervnog sistema jednog malog glatkog crva C. elegans. Oni, dakle, već imaju osnovu da, u izvesnom smislu, daju kompletan odgovor zašto taj crvić radi ono što radi. (Samo još nemaju program zasnovan na tom dijagramu nervnog sistema sposoban da generiše ono isto ponašanje koje se kod crvića stvarno vidi.) Jasna je stvar da crvić nije ljudsko biće. Ali između crvića i ljudskog bića postoji jedan kontinuum životinja sa sve složenijim nervnim sistemima, u kome su i insekti, i ribe, i miševi, i čovekoliki majmuni. Gde bismo, tačno, mogli povući liniju razgraničenja?
     Pretpostavimo, dakle, da ćemo pomoću fizike (u koju ćemo uključiti i hemiju) shvatiti objektivne korelative svesti i da ćemo takođe razumeti kojim procesima evolucije su ti objektivni korelativi postali ovo što jesu. Onda nije nerazumno nadati se da kad objektivni korelativi svesti budu objašnjeni, mi možemo negde u tim objašnjenjima primetiti nešto, neki fizički sistem za obradu informacija, što odgovara našem iskustvenom znanju o svesti samoj - naime onome što je Gilbert Rajl (Gilbert Ryle) opisao sintagmom 'duh u mašini'. Možda to neće biti objašnjenje svesti, ali biće nešto veoma blisko objašnjenju.
     Nema nikakvih jemstava da će napredak u drugim poljima nauke biti neposredno potpomognut ma kojim novim postignućima u istraživanju elementarnih čestica. Ali (ponavljam ovo, i ponavljaću) mene ovde ne zanima toliko šta naučnici rade, jer njihov rad odražava ljudske ograničene sposobnosti i ljudska ograničena zanimanja, koliko me interesuje logički poredak ugrađen u samu prirodu. E, u tom smislu se može kazati da neke grane fizike, kao što je termodinamika, i neke druge nauke, kao što su hemija i biologija, jesu zasnovane na dubljim zakonima, a ponajviše na zakonima fizike čestica.
     Govorim ovde o logičkom poretku u prirodi i prećutno zauzimam jedan položaj koji bi istoričar filozofije nazvao 'realistički' - ne u onom današnjem smislu da je realist čovek koji uporno i bez privida sagledava svu tvrdoću stvarnosti, nego u jednom daleko starijem značenju te reči - naime, da je realist onaj čovek koji veruje da apstraktne zamisli imaju svoje stvarno postojanje. Srednjovekovni realist verovao je da stvarno postoje izvesne univerzalije kao što su, na primer, Platonove forme; suprotna su bila uverenja nominalista, recimo Viljema od Okama (William of Ockham), koji je proglasio da su Platonove forme samo reči i ništa više. (Ovo moje upotrebljavanje izraza realizam i realist obradovalo bi jednog od mojih najomiljenijih pisaca, viktorijanca Džordža Gisinga /George Gissing/, koji je priželjkivao da "reči realizam i realist nikad više ne budu upotrebljene, osim u svom pravom značenju, kako su odredili pisci sholastičke filozofije.") Nipošto ne bih da u ovu raspravu uđem na strani Platona. Ja ovde samo zastupam tvrdnju da zakoni fizike stvarno postoje, a protivim se modernim pozitivistima, koji priznaju da je stvarno samo ono što se može neposredno opaziti.
     Kad kažemo da je jedna stvar stvarna, mi, naprosto, iskazujemo jednu vrstu poštovanja. Naime, hoćemo da kažemo da tu stvar moramo uzimati za ozbiljno, jer bi ona mogla delovati na nas na razne, pa i nepoželjne načine, a i zato što ne možemo saznavati o toj stvari činjenice bez ulaganja određenog truda koji ne može biti samo u našoj mašti. Ovo važi, recimo, za stolicu na kojoj sedim (filozofi se rado služe ovim primerom) i, zapravo, i nije neki jak dokaz da je ta stolica stvarna, ali jeste objašnjenje šta mi mislimo kad kažemo da je stvarna. Kao fizičar, ja sagledavam naučna objašnjenja i zakone kao stvari koje jesu ono što jesu i koje se ne mogu usput izmišljati kako kome padne na pamet; dakle, moj odnos prema pomenutim zakonima ne razlikuje se mnogo od mog odnosa prema stolici na kojoj sedim, i ja zato pridajem zakonima prirode (čija aproksimacija jesu naši današnji zakoni) tu čast da ih smatram stvarnim. Ovaj utisak se pojačava kad se pokaže da neki zakon nije baš ono što smo mislili, a to vam je doživljaj kao kad sednete i otkrijete da vam je neko izmakao stolicu. Ali moram priznati da je moja spremnost da priznajem zakonima da su 'stvarni' donekle slična spremnosti engleskog političara Lojda Džordža (Lloyd George) da deli ljudima plemićke titule: zasnovana je na mom uverenju da uopšte nije bitno da li ću ja to priznavati ili ne.
     Ova rasprava o stvarnosti zakona prirode mogla bi biti kudikamo manje akademska ako bismo uspostavili kontakt sa drugim inteligentnim bićima na dalekim planetama, i to sa bićima koja su takođe došla do naučnih objašnjenja za prirodne pojave. Da li bismo ustanovili da su oni otkrili iste zakone prirode? Kakve god zakone otkrili, vanzemaljci bi ih, naravno, iskazivali drugim jezikom i drugim sistemom beleženja, ali mi bismo ipak mogli zapitati ima li neke podudarnosti između njihovih zakona i naših. A ako bi je bilo, ko bi onda mogao poricati da ti zakoni postoje objektivno i stvarno.
     Naravno, ne znamo kakav bi bio taj odgovor, ali ovde na Zemlji već smo videli jedan mali probni slučaj nečeg sličnog. Ono što nazivamo moderna fizika započelo je, iz nekog razloga, u Evropi krajem šesnaestog veka. Oni koji sumnjaju u stvarnost zakona prirode trebalo bi da očekuju da su drugi delovi sveta, držeći se svojih jezika i vera, imali i svoje zasebne naučne tradicije, pa da su zato i razvili zakone fizike sasvim drugačije od evropskih. A to se, naravno, nije dogodilo: fizika modernog Japana i Indije ista je kao evropska i američka fizika. Priznajem da ovaj argument nije u celosti ubedljiv, jer je zapadna civilizacija duboko uticala na ceo svet, i to u mnogo čemu, od organizovanja vojske do oblačenja farmerica. Pa ipak, ja sam slušao rasprave o teoriji kvantnog polja ili o slabom međudejstvu u fakultetskim prostorijama u Cukubi, kao i u Bombaju, i to iskustvo mi daje moćan utisak da zakoni fizike imaju svoje sopstveno postojanje.
     Naše otkriće povezanih konvergentnih obrazaca naučnih objašnjenja ima duboke implikacije, i to ne samo za naučnike. Naporedo sa glavnim tokom naučnog znanja, postoje i izolovane barice nečega što ću (hajde da se neutralno izrazim) nazvati 'onim što bi želelo biti nauka'. To su astrologija, prekognicija, 'kanalisanje', vidovitost, telekineza, kreacionizam, i razni srodnici pomenutih. Ako bi se moglo pokazati da ima iole istine u ma kojoj od pomenutih stvari, bilo bi to otkriće veka, daleko uzbudljivije i važnije od svega što se danas dešava u normalnom fizičarskom radu. Pa šta onda treba građanin da pomisli kad neki profesor, ili filmska zvezda, ili knjiga iz 'Tajm-Lajf' edicije kaže da jedna od tih nazovinauka jeste istinita?
     Uobičajeni odgovor na ovo bio bi da treba oprobati valjanost iznetih dokaza i pri tom biti čovek otvorenog uma, bez teorijskih predrasuda. Ja ne smatram da je to koristan odgovor, ali čini se da je široko prihvaćen. Rekoh u nekom TV intervjuu jednom prilikom da verovati u astrologiju znači okrenuti leđa celokupnoj modernoj nauci. I dobih posle toga učtivo pismo od jednog bivšeg hemičara i metalurga u Nju Džersiju koji mi je zamerio što nisam lično proučio dokaze u prilog astrologije. Slično tome, kad je Filip Anderson (Philip Anderson) nedavno napisao omalovažavajući članak o verovanju u vidovitost i telekinezu, ukorio ga je jedan njegov kolega sa Prinstona, Robert Džan (Robert Jahn), koji je, reče, vršio opite sa 'anomalijskim pojavama u vezi sa svešću'. Džan se požalio: "Iako je njegova (Andersonova) radna soba samo koju stotinu metara daleko od moje, on nije posetio našu laboratoriju, nije neposredno sa mnom popričao o našim delatnostima, pa, čini se, čak nije ni pažljivo pročitao našu tehničku literaturu."
     Ono što Džan, i taj hemičar u Nju Džersiju i drugi njihovi istomišljenici previđaju jeste osećanje povezanosti naučnog znanja. Mi ne razumemo baš sve, ali razumemo dovoljno toga da znamo da u našem svetu nema mesta za telekinezu ili astrologiju. Kakav bi to fizički signal iz našeg mozga mogao pokretati udaljene predmete, a ipak ne delovati ni na jedan naučni instrument? Branioci astrologije ponekad ukazuju na nesumnjivo dejstvo Meseca i Sunca na plimu, ali dejstvo gravitacionih polja drugih planeta sasvim je slabašno da bi moglo primetno uticati čak i na Zemljine okeane, a da i ne govorimo o nečemu tako malenom kao što je jedna osoba. (Neću gubiti vreme u dokazivanju ovoga, ali ću reći da slične primedbe važe za svaki pokušaj da se terminima standardne nauke objasni vidovitost, prekognicija ili bilo koja od nazovinauka.) U svakom slučaju, korelacije koje astrolozi predviđaju nisu od one vrste koja bi mogla nastati zbog nekih veoma tananih gravitacionih dejstava; astrolozi ne tvrde samo da pojedini razmeštaji planeta utiču na život ovde na zemlji, nego i to da se ta dejstva razlikuju od čoveka do čoveka, u zavisnosti od datuma rođenja! Ja, zapravo, i ne smatram da većina onih koji veruju u astrologiju misli da astrologija dejstvuje pomoću gravitacije, ili pomoću ma koje druge sile poznate fizici; mislim da oni smatraju da je astrologija jedna autonomna nauka, sa svojim sopstvenim temeljnim zakonima, i da ne može biti objašnjena ni fizikom ni ma čim drugim. Kad smo otkrili veliki obrazac naučnog objašnjavanja, to nam je bilo korisno između ostalog i zato što smo uvideli da ne postoji nijedna autonomna nauka.
     Pa ipak, zar ne bi trebalo da ispitamo astrologiju, telekinezu i sve to, kako bismo se uverili da u takvim verovanjima nema ničega? Ja nemam ništa protiv da svako ispita šta god hoće, ali rado bih objasnio zašto ja ne želim da se zamajavam time, niti to ikome preporučujem. U svakom trenutku pred nama se pojavljuje široka raznovrsnost novih zamisli za kojima bismo mogli krenuti; ne samo astrologija i njoj slične stvari, nego i mnoge ideje daleko bliže glavnom toku nauke, i mnoge koje se sasvim uklapaju u moderno naučno istraživanje. Zalud je pričati da bi dobro bilo oprobati valjanost svih njih; za to, naprosto, nema vremena. Meni poštom stiže svake nedelje pedesetak nacrta za članke o fizici elementarnih čestica, i o astrofizici; a stižu i članci i pisma iz svakojakih oblasti tobožnje nauke. Čak i kad bih se ostavio svakog drugog posla u životu, ne bih mogao ni početi pošteno razmatrati sve te ideje. Šta čovek može? Nije to samo problem naučnika, svako se nalazi pred sličnim problemima. Svi mi, hteli-ne hteli, moramo oceniti, koliko najveštije umemo, za kojim zamislima vredi ići; možda ćemo naći da za većinom ne vredi. A da bismo ovo uspešno radili, pomaže nam ponajviše obrazac naučnog objašnjavanja.
     Kad su španski naseljenici u Meksiku počeli u šesnaestom veku da nadiru na sever, u zemlju koja se zvala samo Tehas, vodile su ih glasine o gradovima od zlata, o sedam gradova Cibole. U ono doba, to i nije bilo tako nerazumno. Malo koji Evropljanin bio je u Tehasu, možda nijedan; ko je mogao znati kakva sve čudesa postoje ili ne postoje tamo. Ali pretpostavimo da neko danas javi o dokazima da negde u modernom Teksasu postoji sedam zlatnih gradova. Da li biste vi, kao osoba bez predrasuda, preporučili da se pokrene pohod i zađe u svaki kutak države između Crvene reke i Rio Grande sa zadatkom da se traže ti gradovi? Mislim da biste ocenili da mi o Teksasu znamo već sasvim dovoljno i da je toliki deo njega istražen i naseljen, da naprosto ne vredi tragati za tajanstvenim zlatnim varošima. Pa, eto, isto tako, naše otkriće povezanog i konvergentnog obrasca naučnih objašnjenja poučilo nas je (a to nam je bilo vrlo korisno) da u prirodi nema prostora za astrologiju, telekinezu, kreacionizam i druga sujeverja.

3. DVAPUT URA ZA REDUKCIONIZAM

     Draga, ti i ja znamo
     zašto je letnje nebo plavo,
     i zašto na drveću ptice
     cvrkuću svoje melodijice.

     Meredit Vilson, Ti i ja

     Ako tako ideš i pitaš zašto ovo, zašto ono, a kad ti se objasni pomoću naučnih načela, ti onda pitaš zašto su ta načela tačna, i ako navaljuješ i dalje, kao nevaspitano dete - zašto? zašto? zašto? - ranije ili kasnije neko će reći da si redukcionist. Raznim ljudima ta reč znači različite stvari, ali koliko ja znam, jedna zajednička crta svih predstava o redukcionizmu jeste svest o izvesnoj hijerarhiji u kojoj se neke istine, koje su manje temeljne, mogu svesti na neke druge, temeljnije istine, kao što se hemija može svesti na fiziku. Redukcionizam je postao standardna Rđava Stvar u politici nauke; Naučni savet Kanade nedavno je napao članove Koordinacionog odbora za poljoprivredu, tvrdeći da su pod uticajem redukcionista. (A to je verovatno trebalo značiti da Koordinacioni odbor suviše forsira biologiju i hemiju biljaka.) Fizičari elementarnih čestica naročito su izloženi napadima ove vrste; nesklonost prema redukcionizmu često je kvarila odnose između njih i drugih naučnika.
     Protivnici redukcionizma imaju širok spektar različitih ideoloških polazišta. Na razumnom kraju nalaze se oni koji upućuju zamerke nekim naivnijim oblicima redukcionizma. Sa takvima se i ja slažem. Smatram da sam redukcionist, ali ne mislim da su problemi fizike elementarnih čestica jedini zanimljivi i duboki u nauci, pa čak ni u fizici. Ne smatram da hemičari treba da bace iz ruku sav drugi svoj posao i posvete se samo rešavanju kvantnomehaničkih jednačina za razne molekule. Ne verujem da biolozi treba da odbace razmišljanja o celim biljkama i životinjama, pa da gledaju samo ćelije i DNK. Za mene, redukcionizam nije linija-vodilja u naučnoistraživačkom radu, nego je jedan stav prema prirodi samoj. Redukcionizam nije ništa manje ili više nego uviđanje da naučna načela jesu onakva kakva jesu zbog dubljih naučnih načela (i, u nekim slučajevima, zbog istorijskih slučajnosti), i da se sva ta načela mogu pratiti unazad do jednog jednostavnog skupa međusobno povezanih zakona. U ovom trenutku u istoriji nauke, čini se da najbolji način za pristupanje tim zakonima jeste kroz fiziku elementarnih čestica, ali to je jedan nebitan vid redukcionizma i mogao bi se jednog dana promeniti.
     Na suprotnom kraju tog spektra jesu oni protivnici redukcionizma koji su zgroženi pojavom što, prema njihovom mišljenju, predstavlja sumornost, tmuran izgled moderne nauke. Kad god se njihov svet svede na pitanja fizike čestica ili polja i njihovih međudejstava, ti ljudi se osećaju u istoj toj meri umanjeni. Podzemni čovek Dostojevskog zamišlja naučnika koji mu govori: "Priroda sa tobom ne razmenjuje mišljenje; baš nju briga šta ti želiš, i da li su njeni zakoni tebi po volji ili ne. Moraš ovo prihvatiti tako kako jeste..." A čovek mu odgovara: "Bože blagi, pa šta je mene briga za sve zakone prirode i aritmetike ako ih, iz nekog razloga, ne volim..." Svojevrstan repić na ovom kraju spektra, ludačka krajnost, jesu oni kojima je u glavi 'holistika', uverenje da postoje psihoenergije, životne sile koje se ne mogu obuhvatiti zakonima obične, nežive prirode. Neću pokušavati da odgovorim takvim kritičarima nikakvim ohrabrujućim govorom o lepotama moderne nauke. Redukcionistički pogled na svet jeste leden i bezličan. Mora biti prihvaćen takav kakav jeste, ne zato što nam se dopada, nego zato što svet tako dejstvuje.
     U sredini spektra antiredukcionista nalazi se jedna grupa ljudi koja je manje nezainteresovana, a daleko značajnija. To su oni naučnici koji se razbesne kad im neko kaže da se njihova grana nauke zasniva na dubljim zakonima fizike elementarnih čestica.
     Već godinama se ja raspravljam o redukcionizmu sa jednim mojim dobrim prijateljem, evolucionim biologom Ernstom Mejrom, koji nam je dao, između ostalog, našu najbolju upotrebljivu definiciju šta je to živa vrsta. Naše rasprave počele su kad se, u jednom svom članku iz 1985, on obrušio na jedan red teksta koji sam ja napisao u časopisu Scientific American godine 1974. U tom članku sam napomenuo da se mi, u fizici, nadamo da ćemo naći nekoliko jednostavnih opštih zakona koji bi objasnili zašto priroda jeste takva kakva jeste; i još sam rekao da, za sada, najbliže što uspevamo prići objedinjenom pogledu na prirodu jeste opis elementarnih čestica i njihovih međudejstava. U svome članku, Mejr je ovo nazvao 'jezivom ilustracijom fizičarskog načina razmišljanja', a za mene rakao da sam 'beskompromisan redukcionist'. Odgovorio sam člankom u časopisu Nature da sam ne beskompromisan nego kompromisan redukcionist.
     Usledila je frustrirajuća prepiska, u kojoj je Mejr skicirao jednu klasifikaciju nekoliko različitih vrsta redukcionizma i identifikovao moju podvrstu te jeresi. Ja njegovu klasifikaciju nisam baš razumeo; meni su sve Mejrove kategorije zvučale isto, a nijedna nije opisivala moje poglede. Dok, sa svoje strane (tako se meni činilo), Mejr nije razumeo distinkcije koje sam ja pravio između redukcionizma kao opšteg recepta za napredak u nauci, što nije moje uverenje, i redukcionizma kao izjave o poretku u prirodi, što jeste, po mom mišljenju, naprosto istinito.Koliko ja shvatam, Mejr pravi razliku između tri vrste redukcionizma: jedno bi bio konstitutivni redukcionizam (ili ontološki, ili analitički), koji je metod proučavanja jednog objekta tako što se neprestano pitamo od kojih je osnovnih sastojaka načinjen; drugo bi bio redukcionizam teorija, koji se trudi da celu jednu teoriju objasni pomoću neke druge, obuhvatnije; a treće bi bio eksplanatorni redukcionizam - naime, gledište da "već i samo znanje o najsitnijim sastojcima jednoga složenog sistema jeste dovoljno da taj sistem objasnimo". Glavni razlog što ja ovu kategorizaciju odbacujem jeste sledeći: nijedna od te tri kategorije nema mnogo veze sa onim što ja pričam (mada bi 'redukcionizam teorija' valjda bio najbliži). Sve tri Mejrove kategorije definisane su onim što naučnici stvarno rade, ili su uradili, ili bi mogli uraditi; a ja govorim o prirodi samoj. Na primer, iako fizičari ne mogu da uzmu u šake neki vrlo složeni molekul kao što je DNK i objasne, konkretno, jasno i glasno ceo njegov sastav terminima kvantne mehanike, elektrona, jezgra atoma i električnih sila, i iako ostaje hemija koja ume i može svojim jezikom, i svojim konceptima, da objasni taj molekul, ipak u hemiji ne postoji nijedno autonomno načelo koje bi bilo, naprosto, jedna nezavisna istina, neoslonjena na dublja načela fizike. Mejr i ja razgovaramo, i danas, prijateljski jedan s drugim, ali smo odustali od pokušaja da preobratimo jedan drugog.
     Najozbiljnije posledice na američko planiranje naučnog rada imao je antiredukcionizam unutar same fizike. Ono što redukcionisti govore o važnosti fizike elementarnih čestica, fizičare aktivne u nekim drugim poljima fizike ponekad veoma nervira - na primer, one koji rade na polju kondenzovane materije; osećaju da se moraju finansijski nadmetati sa fizikom elementarnih čestica da bi dobili veći udeo u naučnim budžetima. Ove raspre su podignute na novi, još viši nivo zle volje kad je predloženo da se milijarde dolara potroše na novi akcelerator čestica, superprovodni superkolajder. Godine 1987, izvršni direktor službe za odnose sa javnošću pri Američkom fizičkom društvu, izjavio je da je projekat superkolajdera "možda najprotivurečnije pitanje koje se ikad postavilo pred zajednicu fizičara". Dok sam radio kao član Nadzornog odbora za projekat superkolajdera, zajedno sa drugim članovima tog odbora morao sam poprilično objašnjavati javnosti ciljeve našeg projekta. Jedan od članova odbora ubeđivao nas je da ne treba da stvaramo utisak da je, prema našem mišljenju, fizika elementarnih čestica temeljnija od drugih polja, jer to samo ljuti naše prijatelje u drugim oblastima fizike.
     Razlog što mi smatramo da je fizika elementarnih čestica temeljnija od drugih oblasti fizike jeste taj što ona to i jeste. Ne znam kako bih branio trošenje tolikih para na fiziku čestica, a da ne kažem sasvim otvoreno tu istinu. Ali kad kažem da je fizika čestica suštinskija, ja time ne mislim da je ona matematički dublja, ili da je potrebnija za napredak u drugim oblastima, nego samo mislim da je bliža tački konvergencije svih naših strelica objašnjenja.
     Predvodnik među fizičarima kojima se ne dopadaju pretenzije fizike čestica jeste Filip Anderson (Philip Anderson) koji radi u 'Belovim' laboratorijama i u Prinstonu, teorijski fizičar od koga su potekle mnoge među najprodornijim zamislima u savremenoj fizici kondenzovane materije (a to je fizika poluprovodnika, superprovodnika i takvih stvari). Anderson je svedočio protiv superkolajdera pred istim onim kongresnim odborom pred kojim sam svedočio i ja godine 1987. Njegovo je mišljenje bilo (a takvo je i moje) da Nacionalna zadužbina za nauku (National Science Foundation, NSF) daje nedovoljno novaca za istraživanja u oblasti kondenzovane materije. Njegovo je uverenje bilo (a takvo je i moje) da mnoge diplomirane studente zavede sjaj fizike elementarnih čestica, iako bi mogli imati uspešnije naučne karijere u kondenzovanoj materiji i srodnim oblastima. Međutim, Anderson je nastavio sledećim rečima: "...oni (rezultati fizike čestica) nisu ni u kom smislu temeljniji od onoga što je Alen Taring (Alan Turing) postigao kad je osnovao računarstvo, ili što su postigli Frensis Krik i Džejms Votson (James Watson) otkrivajući tajnu života."
     Nisu ni u kom smislu temeljniji? Na tom mestu se putevi Andersonovi i moji razilaze. Neću raspravljati o radu Taringa i o počecima kompjuteristike, koja meni više liči na deo matematike i tehnologije nego na uobičajeni istraživački rad u prirodnim naukama. Matematika sama po sebi nikad ne objašnjava ništa - ona je samo sredstvo kojim se možemo poslužiti da bismo jedan skup činjenica objasnili nekim drugim skupom činjenica, a ujedno ona je i jezik kojim ta objašnjenja kazujemo. Ali Andersonov opis rada Krika i Votsona, koji su otkrili udvojenu heliksnu strukturu molekula DNK (a to je mehanizam koji čuva i prenosi genetske informacije) kao 'tajne života', daje mi municiju da nastavim raspravu. Upravo taj njegov opis otkrića DNK izgledao bi nekim biolozima kao redukcionistička zabluda, u jednakoj meri u kojoj pretenzije fizičara čestica izgledaju Andersonu kao redukcionistička zabluda. Jer, na primer, Hari Rubin (Harry Rubin) je napisao pre nekoliko godina da je "DNK revolucija navela celo jedno pokolenja biologa na uverenje da celokupna tajna života leži u strukturi i dejstvovanju DNK. Takvo njihovo uverenje je neumesno, a redukcionistički program se mora dopuniti novim konceptualnim okvirom." Moj prijatelj Ernst Mejr se godinama borio protiv redukcionističkih trendova u biologiji, koji, plaši se on, pokušavaju svesti sve što mi o životu znamo na proučavanje samo DNK; zato on kaže da "nesumnjivo, hemijska priroda nekoliko crnih kutija u klasičnoj genetskoj teoriji jeste popunjena otkrićem DNK, RNK i drugih, ali to nije nimalo uticalo na transmisionu genetiku".
     Neću se upuštati u tu raspravu među biolozima, a ponajmanje na strani antiredukcionista. Nema sumnje da je DNK bila od ogromne važnosti u mnogim oblastima biologije. Pa ipak, postoje neki biolozi na čije poslove ne deluju neposredno ta molekularno-biološka otkrića. Poznavanje strukture DNK neće nešto naročito koristiti populacionom ekologu koji pokušava da objasni raznovrsnost biljnih vrsta u tropskoj džungli ili biomehaničaru koji se trudi da objasni kako leptiri lete. Moja poenta jeste da, čak i kad nijednom biologu ne bi bilo nimalo korisno nijedno otkriće molekularne biologije, ipak bi Anderson bio u pravu, u jednom značajnom smislu, u pogledu onoga što je rekao o tajni života. Nije stvar u tome da je otkriće DNK bilo bitno za nauku o životu, nego u tome da je DNK, sama po sebi, bitna za život sam, sav život i svaki život. Živa bića jesu onakva kakva jesu zato što su prirodnim odabiranjem i evolucijom postala takva, a evolucija ja moguća zato što osobine DNK i sa njom povezanih molekula dozvoljavaju organizmima da svoje genetske planove prenose na svoje potomstvo. U tačno istom smislu, znamo da bez obzira na to jesu li ili nisu otkrića u oblasti fizike čestica korisna svim drugim naučnicima, načela fizike čestica jesu u temelju vaskolike prirode.
     Oponenti redukcionizma često se oslanjaju na argument da otkrića u oblasti fizike elementarnih čestica najverovatnije neće biti korisna naučnicima na drugim poljima. Istorijski dokazi ne podržavaju takvo gledište. Fizika elementarnih čestica u prvoj polovini ovog veka bila je, velikim delom, fizika elektrona i protona, i imala je ogroman, neosporan uticaj na naše razumevanje materije u svim njenim oblicima. Otkrića u današnjoj fizici elementarnih čestica imaju već sad značajan uticaj na kosmologiju i astronomiju - na primer, mi koristimo naše poznavanje raspoloživih raznovrsnih elementarnih čestica da bismo izračunali koliko je kojih hemijskih elemenata proizvedeno u prvim minutima postojanja Vaseljene. Niko ne može reći kakvi dalji rezultati mogu nastati.
     Ali čisto u svrhe rasprave, pretpostavimo da više nijedno otkriće fizike čestica neće uticati na rad naučnika u ma kom drugom polju. Ipak bi fizika čestica ostala izuzetno značajan posao. Znamo da je evolucija živih bića omogućena osobinama DNK i drugih molekula, i da osobine svakog molekula jesu onakve kakve jesu zbog osobina elektrona i atomskih jezgara i električnih sila. A zašto te stvari jesu takve kakve jesu? Ovo je donekle objašnjeno standardnim modelom elementarnih čestica, a mi sada želimo načiniti sledeći korak i objasniti i standardni model, i načela relativnosti i drugih simetrija na kojima je on zasnovan. Ne razumem kako ikome ovo može ne izgledati značajno, ikome ko je radoznao da sazna zašto je svet takav kakav jeste, sasvim nezavisno od eventualne veće ili manje korisnosti fizike čestica ma kojim drugim naučnicima.
     Uistinu, elementarne čestice same po sebi nisu osobito zanimljive, ili bar ne u onom smislu u kome su ljudi zanimljivi. Elektroni se između sebe razlikuju po impulsu i po spinu; izuzimajući te dve osobine, svaki elektron u Vaseljeni sasvim je isti kao i svaki drugi: kad si video jedan elektron, video si ih sve. Ali upravo ova jednostavnost nagoveštava da elektroni nisu, kao ljudska bića, sastavljeni od mnogobrojnih osnovnijih delića, nego da su nešto nalik na najosnovnije sastavne deliće svega ostalog. Upravo zato što su tako dosadne, elementarne čestice su tako zanimljive; njihova jednostavnost nagoveštava da ćemo, proučavajući ih, doći bliže sveobuhvatnom razumevanju prirode.
     Možda će primer sa superprovodljivošću na visokim temperaturama pomoći da objasnimo u kakvom to posebnom, ograničenom značenju fizika elementarnih čestica jeste temeljnija od drugih grana fizike. U ovom trenutku, Anderson i drugi fizičari kondenzovane materije pokušavaju da shvate zbunjujuću istrajnost superprovodljivosti u izvesnim jedinjenjima bakra, kiseonika i nekih neobičnijih elemenata na temperaturama daleko iznad onih koje su svojevremeno smatrane mogućim. U isto vreme, fizičari elementarnih čestica pokušavaju da shvate poreklo mase koju imaju kvarkovi, elektroni i druge čestice u standardnom modelu. (Gle čuda, ta dva problema su matematički povezana; kao što ćemo videti, oba se svode na pitanje kako se izvesne simetrije u odgovarajućim jednačinama gube tokom rešavanja tih jednačina.) Nema sumnje da će fizičari kondenzovane materije ranije ili kasnije rešiti problem superprovodljivosti pri visokim temperaturama, čak i bez ikakve neposredne pomoći fizičara elementarnih čestica, a kad jednog dana fizičari elementarnih čestica shvate poreklo mase, biće to, najverovatnije, bez ikakve neposredne pomoći fizičara kondenzovane materije. Razlika između ta dva problema sastoji se u tome što, kad fizičari kondenzovane materije budu konačno objasnili superprovodljivost pri visokim temperaturama - ma kakve nove i zadivljujuće ideje smislili usput - njihovo objašnjenje moraće na kraju da ima oblik matematičke demonstracije koja izvodi postojanje ove pojave iz poznatih osobina elektrona, fotona i atomskih jezgara; za razliku od toga, kad fizičari čestica budu konačno objasnili poreklo mase u standardnom modelu, objašnjenje će biti zasnovano na nekim vidovima tog modela koji nam danas nisu ni približno jasni i koje ne možemo doznati (mada možemo nagađati) bez novih podataka iz instrumenata kao što je superkolajder. Tako fizika elementarnih čestica predstavlja krajnju granicu domašaja našeg znanja, na jedan način na koji to fizika kondenzovane materije ne predstavlja.
     Ovo nije, samo po sebi, odgovor na pitanje kako treba raspoređivati pare iz budžeta za istraživanje. Ljudi se u naučno istraživanje upuštaju iz mnogo različitih pobuda - zbog korisnih primena u medicini i tehnologiji, zbog nacionalnog prestiža, matematičarskog 'sportskog duha', pa i zbog čiste radosti shvatanja divnih pojava - što nam daju i druge nauke, u jednakoj meri kao (a ponekad i više nego) fizika elementarnih čestica. Fizičari čestica ne smatraju da im izuzetno temeljna priroda njihovog posla daje pravo da prvi zahvataju iz državne kase, ali smatraju da ta temeljnost jeste jedan činilac koji se ne može naprosto prenebreći kad se donose odluke o finansiranju naučnog rada.
     Možda najpoznatiji pokušaj da se odrede neka merila za donošenje takvih odluka jeste pokušaj Alvina Vajnberga(Alvin Weinberg).Alvin Vajnberg i ja jesmo prijatelji, ali nismo rođaci. Godine 1966, kad sam prvi put bio u poseti Harvardu, našao sam se na ručku u klubu univerzitetskih nastavnika sa pokojnim Džonom Van Vlekom (John Van Vleck), starijim fizičarem robustnog i patricijskog držanja koji je među prvima primenio nove metode kvantne mehanike na teoriju čvrstog stanja u poznim dvadesetim godinama. Van Vlek me je pitao jesam li rod onome Vajnbergu. Ovo me je malo zbunilo, ali razumeo sam ga; u to vreme bio sam, otprilike, mladunac među teoretičarima, a Alvin je bio direktor Nacionalne laboratorije Ouk Ridž. Posegnuo sam u svoje rezerve drskosti i odgovorio da sam ja onaj Vajnberg. Nisam ga nešto mnogo impresionirao. U jednom članku iz 1964, on je ponudio ovo uputstvo: "Ja bih stoga izoštrio kriterijum naučne vrednosti predlogom da, ako su svi drugi elementi izjednačeni, ono polje ima najveću naučnu vrednost, koje najviše doprinosi susednim naučnim disciplinama i najviše ih obasjava" (podvukao Alvin). Kad je pročitao jedan moj članak o tim pitanjima, Alvin mi je pisao da me podseti na ovu svoju zamisao. Ja je nisam zaboravio, ali se nisam sa njom ni složio. Moje je mišljenje, a tako sam i u odgovoru Alvinu napisao, da bi se takvom vrstom rezonovanja moglo pravdati trošenje milijardi dolara na klasifikaciju leptirova u Teksasu, sa obrazloženjem da će ono osvetliti klasifikaciju leptirova i severno od Teksasa - u Oklahomi, kao i klasifikaciju leptirova uopšte. Neozbiljan i smešan primer, ali namera je samo da ilustrujem da jedan nezanimljiv naučni projekt ne postaje mnogo privlačniji ako kažemo da će nam olakšati sprovođenje drugih takođe nezanimljivih projekata. (Sad sam verovatno nagrajisao kod lepidopterista koji bi upravo želeli da potroše milijarde dolara na klasifikovanje leptirova u Teksasu.) Ali ono što mi stvarno nedostaje u kriterijumu Alvina Vajnberga za odbir najkorisnijih naučnih poduhvata jeste redukcionistička perspektiva: uviđanje da jedno od merila zanimljivosti jednog naučnog projekta jeste njegova sposobnost da nas povede bliže tački gde sva naša objašnjenja konvergiraju.
     Pojedina pitanja iz ove rasprave o redukcionizmu u fizici korisno je pokrenuo autor Džejms Glajk. (On je predstavio širem čitalištu fiziku haosa.) U jednom svom nedavnom istupanju, Glajk kaže:

     Haos je antiredukcionistički. Ova nova nauka izlaže jednu veliku tvrdnju o svetu: naime, kad se dođe do najzanimljivijih pitanja, pitanja o redu i neredu, raspadu i stvaranju, o uspostavljanju obrazaca, pa i o životu samom, celina ne može da se objasni pomoću svojih delova.

     O složenim sistemima postoje izvesni temeljni zakoni, ali to su zakoni nove vrste. Zakoni strukture, organizacije i razmere, koji naprosto iščeznu kad svoj pogled usmerite na pojedinačne komponente sistema - baš kao što i psihologija rulje koja je krenula da nekoga linčuje iščezne kad dovedete samo jednoga učesnika na razgovor, pa zatim drugog, opet samog, i tako dalje.

     Ja bih odgovorio, prvo, da su različita pitanja zanimljiva na različite načine. Naravno da su pitanja o životu i kreativnosti zanimljiva zato što smo mi živi i zato što bismo voleli biti kreativni. Ali ima i drugih pitanja koja su zanimljiva zato što nas nose bliže tački konvergencije naših objašnjenja. Otkrivanje izvora Nila nije nimalo olakšalo probleme egipatske poljoprivrede, ali ko može reći da nije bilo zanimljivo?
     Osim toga, promašuje se poenta ako se u pitanjima te vrste kaže da se celina može ili ne može 'objasniti pomoću svojih delova'; proučavanje kvarkova i elektrona je temeljno ne zato što je sva obična materija sastavljena od kvarkova i elektrona, nego zato što smatramo da ćemo, proučavajući kvarkove i elektrone, saznati nešto o načelima koja upravljaju svim stvarima. (Jedan opit u kome su elektroni ispaljivani na kvarkove u atomskim jezgrima konačno je dokazao opravdanost moderne objedinjene teorije za dve od četiri temeljne sile prirode, i to za slabo nuklearno međudejstvo i za elektromagnetnu silu.) Zapravo, fizičar elementarnih čestica danas posvećuje veću pažnju neobičnijim česticama, koje nisu prisutne u običnoj materiji, nego kvarkovima i elektronima, koji jesu; a to iz razloga što smatramo da u ovom trenutku pitanja na koja treba odgovoriti mogu biti bolje osvetljena proučavanjem tih egzotičnih čestica. Kad je Ajnštajn svojom opštom teorijom relativnosti objasnio prirodu gravitacije, on to nije "objasnio pomoću njenih delova" nego pomoću geometrije prostora i vremena. Moguće je da će fizičari u dvadeset prvom veku naći da proučavanje crnih rupa ili gravitacionog zračenja otkriva više o zakonima prirode nego fizika elementarnih čestica. Naša sadašnja usredsređenost baš na elementarne čestice stvar je naše taktičke ocene da u ovom trenutku u istoriji nauke to jeste način da se napreduje ka konačnoj teoriji.
     Najzad, tu je i pitanje izranjanja: da li je stvarno istina da postoje nove vrste zakona za složene sisteme? Jeste, naravno, u smislu da različiti nivoi iskustva zahtevaju opis i analizu pomoću različitih termina. A to jednako važi i za hemiju, kao i za haos. Međutim, jesu li to nove vrste temeljnih zakona? Glajkova rulja za linčovanje daje protivprimer. Ono što saznamo o ruljama, mi možemo formulisati u obliku zakona (hajde da kažemo jedan od njih, odavno poznat: 'revolucija uvek jede svoju decu'), ali ako zapitamo za objašnjenje zbog čega ti zakoni važe, nećemo biti mnogo srećni ako nam neko uzvrati da su oni temeljni i da se ne mogu dalje objašnjavati ničim drugim. Radije ćemo ipak tragati za nekim redukcionističkim objašnjenjem, upravo u terminima psihologije pojedinaca. Isto ovo važi za izranjanje haosa. Uzbudljivi napredak koji je u oblasti haosa postignut u poslednje vreme nije se zasnivao samo na posmatranju haotičnih sistema i formulisanju iskustvenih zakona koji te sisteme opisuju; primenjivani su - štaviše, bili su još važniji - postupci matematičke dedukcije zakona koji haosom upravljaju, polazeći od mikroskopskih fizičkih zakona koji upravljaju sistemom što postaje haotičan.
     Naslućujem da su, u praksi, svi aktivni naučnici (a možda i svi ljudi uopšte) jednako redukcionisti kao i ja, iako neki, kao Ernst Mejr i Filip Anderson, ne vole da se izražavaju tim rečima. Na primer, medicinsko istraživanje bavi se problemima koji su tako hitni i teški da će se predlozi za novi lek, ili novi način lečenja, često morati da daju samo na osnovu medicinskih statistika koje kažu da nešto uspeva, bez razumevanja zašto i kako uspeva; ali čak i ako mnogi pacijenti potvrde, na osnovu svog iskustva, da neki novi lek ili način lečenja uspeva, biće on posmatran veoma skeptično ako ne bude moguće naći i neko reduktivno objašnjenje za njegov uspeh, svođenjem na zakone iz neke nauke kao što je biohemija i biologija ćelija. Pretpostavimo da u nekom medicinskom časopisu izađu naporedo dva članka sa izveštajima o leku protiv otoka žlezda prouzrokovanog tuberkulozom: u jednom članku neka bi bila izneta tvrdnja da se otok može izlečiti pomoću pileće supe, a u drugom članku, pomoću dodira kraljevske ruke. Čak i ako bi statistički dokazi izneti za ova dva 'leka' imali jednaku težinu, mislim da bi doktori (a i svako drugi) reagovali na ta dva članka veoma različito. O pilećoj supi većina ljudi bi verovatno nastojala da zadrži neki uzdržan stav, 'otvoren um': gledali bi da se baš i ne izjasne kategorično, dok stvar ne bude potvrđena ili odbačena nekim objektivnim testiranjem. Pileća supa je složena mešavina dobrih stvari, pa ko zna kako bi njena sadržina mogla delovati na mikobakterije koje izazivaju tuberkulozu? Međutim, koliko god statističkih dokaza bilo da su tuberkulozni izlečeni kad ih je pipnuo kralj, čitaoci bi ispoljili veliku nevericu, zato što ne bi videli nikakav način da se takvo izlečenje objasni reduktivno. Zašto bi jednoj mikobakteriji bilo važno da li čovek koji pipka domaćina jeste najstariji sin ranijeg monarha, propisno krunisan i miropomazan? (Čak i u srednjem veku, kad je bilo široko rasprostranjeno verovanje da kraljevski dodir leči otok žlezda, sami kraljevi kao da nisu bili veoma uvereni u to. Koliko je meni poznato, ni u jednom od onolikih silnih srednjovekovnih rvanja za vlast, recimo između Plantageneta i Valoa, ili između kuća Jork i Lankaster, nijedan pretendent na presto nije pokušao da pipanjem leči tuberkulozne i na taj način dokaže da baš on treba da bude vladar.) Ako bi danas jedan biolog počeo govoriti da ovaj drugi način lečenja nije potrebno objašnjavati zato što je moć kraljevskog pipanja jedan autonomni zakon prirode, jednako temeljan kao i ma koji drugi, ne bi dobio neku naročitu podršku od svojih kolega, jer oni se rukovode redukcionističkim pogledom na svet, pogledom u kome nema mesta za takav autonomni zakon.
     Isto ovo važi i u svim ostalim naukama. Ne bismo obratili mnogo pažnje na neki predloženi zakon makroekonomike ako se on ne bi mogao objasniti ponašanjem jedinki; niti na hipotezu o superprovodljivosti koja se baš nikako ne bi mogla objasniti odlikama elektrona, fotona i jezgara. Redukcionistički stavovi daju nam jedan koristan filter, koji naučnicima u svim oblastima ušteđuje vreme koje bi inače protraćili na ispitivanje bezvrednih zamisli. U tom smislu reči, mi smo sada svi redukcionisti.

4. KVANTNA MEHANIKA I NJENA NEZADOVOLJSTVA

     Jedan igrač je stavio kuglu na sto i udario je vrhom bilijarskog štapa. Gledajući njeno kotrljanje, gospodin Tompkins primeti, na svoje veliko iznenađenje, da se počela 'širiti u stranu'. Jedino tim rečima mogao je da opiše čudnovato ponašanje bilijarske kugle, koja je, u pokretu preko zelenog polja, gubila oštre obrise i dobijala neki ispran izgled. Činilo se da to nije jedna kugla zakotrljana preko stola, nego mnoštvo kugli, koje se sve delimično međusobno preklapaju. Gospodin Tompkins je pojave analogne ovoj viđao već mnogo puta, ali danas nije popio ni kap viskija, pa mu nije bilo jasno kako je moguće da se ta pojava dešava sad.

     Džordž Gamov, Gospodin Tompkins u Zemlji čuda

     Otkriće kvantne mehanike sredinom dvadesetih godina bilo je najdublja revolucija u teoriji fizike još od rođenja moderne fizike u sedamnaestom veku. Kad smo ranije pričali o osobinama krede, lanac pitanja nas je dovodio ponovo i ponovo do odgovora datih terminima kvantne mehanike. Sve one kitnjaste matematičke teorije za kojima su fizičari išli poslednjih godina - teorije kvantnih polja, gejdž teorije, teorije superstruna - formulisane su unutar već datih okvira kvantne mehanike. Ako u našem sadašnjem razumevanju prirode postoji išta što ima izgleda da se očuva i u konačnoj teoriji, to je kvantna mehanika.
     Istorijski značaj kvantne mehanike leži ne toliko u činjenici da je ona dala odgovore na izvestan broj starih pitanja o prirodi materije - mnogo je važnije to što je izmenila našu predstavu o vrsti pitanja koja nam je dozvoljeno da postavimo. Za one koji su u fizici bili naslednici Njutna, fizičke teorije bile su nešto što nam je trebalo poslužiti kao matematička mašina pomoću koje bismo izračunali položaje i brzine čestica u bilo kom sistemu u svim budućim vremenima, pod pretpostavkom da imamo potpuno znanje (neostvarivo, dabome, u praksi) o položajima i brzinama svih tih čestica u jednom, bilo kom, trenutku. Kvantna mehanika je, međutim, uvela jedan sasvim novi način govora o stanju sistema. U kvantnoj mehanici, govorimo o matematičkim konstrukcijama koje se zovu 'talasne funkcije', a koje nas obaveštavaju samo o verovatnoćama da će čestice imati razne moguće položaje i brzine. Tako je duboka ova promena da fizičari danas koriste reč 'klasični' ne u značenju 'grčko-rimski' niti 'kao Mocart i njemu slični', nego: 'onaj pre kvantne mehanike'.
     Ako postoji jedan trenutak koji označava rođenje kvantne mehanike, to je onaj kad je mladi Verner Hajzenberg (Werner Heisenberg) otišao na letovanje godine 1925. Pošto je bio alergičan na seno, koje je kod njega izazivalo sensku groznicu, Hajzenberg je pobegao sa cvetnih polja blizu Getingena na usamljeno ostrvo Helgoland u Severnom moru. Već godinama pre toga, Hajzenberg i njegove kolege vodili su borbu sa problemom koji je pokrenut Borovom teorijom atoma 1913. godine: zašto elektroni u atomima zauzimaju samo izvesne, određene orbite, sa određenim energijama? Na Helgolandu, Hajzenberg je krenuo iz početka. Zaključio je da, pošto niko ne može da posmatra orbitu jednog elektrona u atomu, on, Hajzenberg, treba da uzme u obzir samo one količinske vrednosti koje se mogu izmeriti: konkretno, enegije kvantnih stanja, u kojima svi elektroni jednog atoma zauzimaju dopuštene orbite, i verovatnu učestalost pojave da neki elektron spontano pređe iz jednog od tih stanja u neko drugo tako što će emitovati jednu česticu svetlosti, jedan foton. Od tih učestalosti događanja Hajzenberg je sačinio nešto što je nazvao 'tablica' i uneo u nju matematičke operacije koje će dati nekoliko novih tabela, i to po jednu vrstu tabele za svaku fizičku količinu, kao što je položaj ili brzina ili kvadrat brzine jednog elektrona.Tačnije rečeno, stavke unete u te Hajzenbergove tabele bile su ono šta mi nazivamo 'tranzicione amplitude', veličine čiji kvadrati daju verovatnoće prelaza. Kad se Hajzenberg vratio sa Helgolanda u Getingen, rekoše mu da računske operacije koje je on izveo na tim tablicama jesu već dobro poznate matematičarima: zovu se matrice, a operacija kojom od tablice sa upisanim brzinama jednog elektrona napraviš drugu, u koju će biti upisani kvadrati tih brzina - to je množenje matrice. Ovo je jedan primer avetinjske sposobnosti matematičara da se pripreme za pojavu struktura koje stvarno postoje negde na svetu, ali još nisu otkrivene. Pošto je znao na koji način energija čestice u jednom jednostavnom sistemu zavisi od njene brzine i mesta, Hajzenberg je uspeo, na ovaj način, da izračuna tablicu koja pokazuje koju energiju taj sistem ima u raznim svojim kvantnim stanjima; taj njegov posao bio je svojevrsna parodija načina na koji se u njutnovskoj fizici izračunava energija jedne planete na osnovu podataka o njenoj brzini i položaju.
     Ako čitaocu, ili čitateljki, nije baš najjasnije šta je to Hajzenberg radio, nema problema - nije ni meni. Nekoliko puta sam čitao taj rad koji je Hajzenberg napisao kad se vratio sa Helgolanda. Ja baš mislim da razumem kvantnu mehaniku, ali nikad nisam shvatio koje su pobude navodile Hajzenberga da čini te matematičke korake u svom radu. Teorijski fizičari u svojim najuspešnijim radovima preuzimaju na sebe najčešće jednu od sledeće dve uloge: ili su mudraci ili čarobnjaci. Fizičar-mudrac razmišlja, uredno i sređeno, o fizičkim problemima, i to na osnovu temeljnih zamisli o tome kako priroda treba da dejstvuje. Ajnštajn je, na primer, razvijajući opštu teoriju relativnosti, igrao ulogu mudraca: imao je pred sobom jasno određen problem - kako da uklopi teoriju gravitacije u svoje nove poglede na vreme i prostor koje je predložio 1905. godine u posebnoj teoriji relativnosti. Imao je neke vredne naznake pravca pred sobom, ponajpre jednu izvanredno zanimljivu činjenicu koju je otkrio Galilej: naime, da kretanje malih tela u gravitacionom polju ne zavisi od prirode tih tela. Ovo je Ajnštajna navelo na pomisao da bi gravitacija mogla biti osobina samog prostorvremena. Ajnštajn je, osim toga, imao na raspolaganju i dobro razvijenu matematičku teoriju zakrivljenih prostora, koju su razradili Riman (Georg Friedrich Bernhard Riemann) i drugi matematičari u devetnaestom veku. Danas je moguće držati predavanja iz teorije relativnosti i pri tome se služiti manje-više istim pravcem razmišljanja kojim je išao i sam Ajnštajn kad je konačno, 1915. godine, napisao svoj rad. Ali postoje i fizičari-čarobnjaci, koji, čini se, ne idu putevima razmišljanja, nego preskoče sve međukorake i uskoče pravo u svoja nova uviđanja istine o prirodi. Posle pisci udžbenika fizike moraju da preuređuju rad ovih čarobnjaka tako da izgleda kao da je bio rad mudraca; inače nijedan čitalac ne bi razumeo taj deo fizike. Plank je bio čarobnjak godine 1900. kad je smislio teoriju toplotnog zračenja, a Ajnštajn je ulogu čarobnjaka poneo na svojim plećima 1905. kada je predložio teoriju fotona. (Možda je zbog toga kasnije opisivao teoriju fotona kao najrevolucionarniju stvar koju je ikad uradio.) Obično nije teško razumeti radove fizičara-mudraca, ali radovi fizičara-čarobnjaka su često nerazumljivi. U tom smislu, Hajzenbergov rad iz 1925. bio je čisto čarobnjaštvo.
     Možda ne treba suviše pomno da zavirujemo u taj Hajzenbergov prvi rad. Hajzenberg je bio u dodiru sa nekoliko nadarenih teorijskih fizičara, među kojima su bili Maks Born (Max Born) i Paskval Žordan (Pascual Jordan) u Nemačkoj i Pol Dirak u Engleskoj, i pre nego što se godina 1925. završila oni su Hajzenbergovu zamisao uobličili u jednu shvatljivu i sistematičnu verziju kvantne mehanike; ta verzija je danas poznata kao matrična mehanika. Već u januaru sledeće godine, Hajzenbergov stari školski drug Volfgang Pauli (Wolfgang Pauli) u Hamburgu uspeo je da upotrebi matričnu mehaniku za rešavanje jednog tipičnog, paradigmatičnog problema atomske fizike, a to je izračunavanje energije različitih kvantnih stanja vodonikovog atoma, i na taj način da dokaže opravdanost Borovih ranijih ad hoc rezultata.
     Taj kvantnomehanički proračun energetskih nivoa vodonikovog atoma, koju je Pauli izveo, bilo je ispoljavanje matematičke brilijantnosti, mudra upotreba Hajzenbergovih pravila i posebnih simetrija vodonikovog atoma. Iako su Hajzenberg i Dirak bili možda veći stvaraoci od Paulija, nijedan živi fizičar u ono doba nije bio pametniji od njega. Ali čak ni Pauli nije bio sposoban da proširi svoja izračunavanja na sledeći najjednostavniji atom, helijumov, a kamoli na još teže atome ili na molekule.
     Kvantna mehanika koja se danas predaje studentima i koja se koristi u svakidašnjem radu hemičara i fizičara, zapravo, nije ta matrična mehanika Hajzenberga, Paulija i njihovih saradnika, nego jedan njen matematički ekvivalent - mnogo pogodniji za upotrebu; naime, jedan matematički formalizam koji je uveo malo kasnije Ervin Šredinger (Erwin Schr¸dinger). U Šredingerovoj verziji kvantne mehanike, svako moguće kvantno stanje jednog sistema opisuje se tako što se daje jedna količina, poznata kao talasna funkcija sistema, otprilike kao što svetlost opisujemo kao talas električnih i magnetnih polja. Talasno-funkcijski pristup kvantnoj mehanici pojavio se pre Hajzenbergovog rada, i to godine 1923. u radovima čoveka koji se zvao Luj De Brolji (Louis de Broglie), zatim i godine 1924. u njegovoj doktorskoj tezi koju je odbranio u Parizu. De Brolji je pogodio da se elektron može posmatrati kao neka vrsta talasa, sa talasnom dužinom koja je u nekoj vezi sa njegovim impulsom na isti način na koji talasi svetlosti, po Ajnštajnu, imaju vezu sa impulsom fotona: talasna dužina je u oba slučaja jednaka jednoj temeljnoj konstanti prirode, koja se zove Plankova konstanta, podeljenoj tim impulsom. De Brolji pojma nije imao, baš nikakvu ideju, o fizičkom značenju tog talasa, niti je izmislio ma koju vrstu jednačine dinamičkog talasa; on je naprosto pretpostavio da će dozvoljene orbite elektrona u vodonikovom atomu biti taman dovoljno velike da izvestan broj potpunih talasnih dužina može da se uklopi u prostor oko orbite na sledeći način: jedna talasna dužina za stanje najniže energije, dve talasne dužine za sledeće stanje, i tako dalje. I, začudo, ovo jednostavno, a prilično slabo obrazloženo nagađanje dalo je upravo iste one uspešne odgovore za energije orbita tog jednog elektrona u vodonikovom atomu kao Borova izračunavanja deceniju ranije.
     Pošto je De Brolji iza sebe imao takav doktorat, od njega se moglo očekivati da će jurnuti dalje i rešiti sve probleme fizike. A, zapravo, on nije postigao, do kraja svog života, ništa više u fizici, nijedno iole značajno otkriće. Tek je Šredinger u Beču godine 1925. i 1926. preobrazio De Broljijeve prilično mutne zamisli o elektronskom talasu u precizan i koherentan matematički formalizam koji se mogao primeniti na elektrone ili druge čestice u bilo kom atomu ili molekulu. Šredinger je, osim toga, uspeo pokazati da je njegova 'talasna mehanika' ekvivalent Hajzenbergove matrične mehanike; te dve se mogu matematički izvesti jedna iz druge.
     U srcu Šredingerovog pristupa bila je jedna dinamička jednačina (od tada poznata kao Šredingerova jednačina) koja je nalagala na koji način će se bilo koji dati talas-čestica menjati sa protokom vremena. Neka od rešenja Šredingerove jednačine za elektrone u atomima naprosto osciliraju u jednoj jedinoj čistoj frekvenciji, kao zvučni talas koji dobijamo iz savršene zvučne viljuške. Takva posebna rešenja podudaraju se sa mogućim stabilnim kvantnim stanjima nekog atoma ili molekula (dakle, nešto nalik na stabilne talase, odnosno vibracije u zvučnoj viljuški), pri čemu energiju tog atomskog stanja dobijamo množenjem frekvencije tog talasa sa Plankovom konstantom. To su energije koje nam se otkrivaju kroz boje svetlosti koje jedan atom može emitovati ili apsorbovati.
     Šredingerova jednačina je matematički ista vrsta jednačine (poznata kao parcijalna diferencijalna jednačina) koju ljudi koriste još od devetnaestog veka da proučavaju talase zvuka ili svetlosti. Fizičari su u dvadesetim godinama već tako pouzdano vladali takvim jednačinama, da su se odmah bacili na izračunavanje energija i drugih osobina svakojakih atoma i molekula. Bilo je to zlatno doba fizike. Uspeh je za uspehom stizao, i to brzo, a tajne kojima je atom bio okružen topile su se.
     Ali i pored ovih uspeha, ni De Brolji ni Šredinger, a ni ma ko drugi, nisu u prvo vreme znali koja to vrsta fizičke količine osciluje u elektronskom talasu. Talas bilo koje vrste mi možemo opisati u bilo kom željenom trenutku tako što ćemo napisati spisak brojeva, po jedan broj za svaku tačku u prostoru kroz koju talas prolazi. Na primer, u zvučnom talasu brojevi daju pritisak vazduha u svakoj tački vazduha. U talasu svetlosti, brojevi daju jačine i pravce električnih i magnetnih polja u svakoj tački prostora kroz koju svetlost putuje. Elektronski talas bi se takođe mogao opisati u svakom trenutku kao niz brojeva, po jedan broj za svaku tačku prostora u atomu i oko njega. E, taj niz je poznat kao talasna funkcija, a pojedinačni brojevi u njemu nazivaju se vrednosti talasne funkcije. Ali u prvo vreme čovek je o toj talasnoj funkciji mogao reći samo jedno: naime, da ona jeste rešenje Šredingerove jednačine; niko još nije znao koju fizičku veličinu ti brojevi opisuju.
     Kvantni teoretičari sredinom dvadesetih godina bili su u istom položaju kao fizičari koji su proučavali svetlost na početku devetnaestog veka. Posmatranje pojava kao što je difrakcija (neuspeh svetlosnog zraka da ide dalje u pravoj liniji kad prođe kroz vrlo malu rupu, ili vrlo blizu nekog predmeta) navelo je Tomasa Janga (Thomas Young) i Ogastina Fresnela (Augustin Fresnel) na pomisao da je svetlost nekakav talas, i da, protiskujući se kroz rupicu, ne uspeva više ići u pravoj liniji zato što je prečnik rupice manji od talasne dužine svetlosti. Ali niko na početku devetnaestog veka nije znao da kaže čega je svetlost talas; tek u radovima Džejmsa Klerka Maksvela u šezdesetim godinama devetnaestog veka postalo jasno da je svetlost talas varirajućih električnih i magnetnih polja. Ali šta je to što varira u elektronskom talasu?
     Odgovor je došao iz jedne teorijske studije o načinu na koji će se slobodni elektroni ponašati kad budu ispaljeni na atome. Prirodna je stvar opisivati jedan elektron koji putuje kroz prazan prostor kao talasni paketić, svežnjić elektronskih talasa koji putuju zajedno, nalik na 'puls' svetlosnih talasa koji će nastati ako upalimo reflektor samo na tren. Šredingerova jednačina pokazuje da, kad takav paketić tresne u jedan atom, trebalo bi da se razbije; još sitniji talasići da se razlete na sve strane, kao kapljice vode kad mlaz vode iz baštenskog creva udari u kamen. Ovo je bilo zbunjujuće. Jer, u stvarnosti, elektron koji udari u atom - odleti na jednu stranu, ceo. Ne raspadne se; ostane elektron. Godine 1926, u Minhenu, Maks Born je predložio da se ovo neobično ponašanje talasne funkcije shvati u terminima verovatnoće. Ne, ne raspadne se elektron ni na kakve deliće; ali mogao bi odleteti na ma koju stranu, a verovatnoća da će odleteti na neku određenu stranu najveća je u onim pravcima gde su vrednosti talasne funkcije najveće. Drugim rečima, elektronski talasi nisu talasi nečega; njihov smisao je samo u tome što nam vrednost talasne funkcije za bilo koju tačku u prostoru kaže kolika je verovatnoća da se elektron nalazi baš u toj tački ili negde blizu.
     Ni Šredingeru ni De Broljiju nije prijalo ovakvo tumačenje elektronskih talasa. Verovatno iz tog razloga njih dvojica nisu više ništa važno dala daljem razvoju kvantne mehanike. Ali je tumačenje elektronskih talasa putem verovatnoće dobilo podršku tako što je sledeće godine Hajzenberg ponudio jedan zaista izvanredan argument. Hajzenberg je razmotrio probleme na koje fizičar nailazi kad krene da meri položaj i impuls jednog elektrona. Da bi tačno izmerio položaj tog elektrona, mora upotrebiti svetlost neke kratke talasne dužine, zato što difrakcija uvek zamuti sliku svakog predmeta koji je manji od talasne dužine korišćene svetlosti. Međutim, svetlost kratkih talasnih dužina sastoji se od fotona sa impulsom odgovarajuće velikim, a kad takvi fotoni tresnu u elektron, on neizbežno mora da bude odgurnut tim udarom, pri čemu odnosi sa sobom delić impulsa tih fotona. Prema tome, što tačnije pokušavamo izmeriti položaj jednog elektrona, to manje tačno možemo izmeriti njegov impuls. Ovo pravilo postalo je poznato kao Hajzenbergovo načelo neodređenosti.Budimo malo tačniji: pošto talasna dužina svetlosti jeste jednaka Plankovoj konstanti podeljenoj impulsom fotona, neodređenost položaja ma koje čestice ne može biti manja od Plankove konstante podeljene neodređenošću impulsa te čestice. Ne primećujemo ovu neodređenost kod običnih predmeta kao što je bilijarska kugla zato što je Plankova konstanta tako malena. U sistemu mernih jedinica kojim se fizičari najradije služe, a koji je zasnovan na centimetru, gramu i sekundi kao osnovnim jedinicama dužine, mase i vremena, Plankova konstanta iznosi 6,626 hiljaditih delova milionitog dela milionitog dela milionitog dela milionitog dela, dakle, 6,626 kroz hiljadu miliona miliona miliona miliona; to vam je nula, pa decimalna zapeta, pa još dvadeset šest nula, i tek tada 6626. Ovo je tako maleno, da je talasna dužina bilijarske kugle koja se kotrlja po stolu mnogo manja od prečnika jednog atomskog jezgra, zbog čega možemo lako i tačno izmeriti i položaj i brzinu te kugle u isto vreme. Elektronski talas sa vrlo velikom amplitudom na nekom određenom mestu u smislu položaja označava elektron čiji položaj prilično pouzdano znamo, ali čiji impuls ne znamo i koji bi mogao imati maltene bilo koju vrednost. Nasuprot tome, elektronski talas uobličen tako da se u njemu glatko i često smenjuju mnoga mala izdignuća i ulegnuća raširena preko mnogih talasnih dužina predstavlja elektron čiji impuls prilično tačno znamo, ali čiji je položaj veoma neodređen. Tipičniji elektroni, kao što su oni u atomima i molekulima, nemaju tačno određan ni položaj ni impuls.
     Iako su se navikli da rešavaju Šredingerovu jednačinu, fizičari su nastavili da raspravljaju još godinama o načinu na koji kvantnu mehaniku treba tumačiti. Ajnštajn je bio neobičan po tome što je odbacio kvantnu mehaniku u celosti; većina fizičara je naprosto nastojala da je shvati. Veliki deo ove rasprave vodio se na Univerzitetskom institutu za teorijsku fiziku u Kopenhagenu, pod rukovodstvom Nilsa Bora.Imao sam sreću da se susretnem sa Borom lično, iako je to bilo pred kraj njegove karijere, a na početku moje. Bor je bio moj domaćin kad sam otišao u njegov institut u Kopenhagenu da tamo provedem prvu godinu mojih postdiplomskih studija. Međutim, razgovarali smo samo kratko, i ja od njega nisam dobio nikakve reči mudrosti - Bor je bio poznati 'mrmljator', i uvek je bilo teško shvatiti šta pokušava da kaže. Pamtim užasnuti izraz lica moje žene kad je Bor nešto govorio njoj, prilično opširno, na zabavi u trpezariji njegove kuće, i kad je ona shvatila da joj izmiče baš sve što joj taj veliki čovek govori. Bor se, delimično, usmerio na jednu čudnovatu odliku kvantne mehanike, koju je nazvao komplementarnost: znanje o jednom vidu nekog sistema onemogućuje ti da stekneš znanje o nekom drugom vidu tog istog sistema. Hajzenbergovo načelo neodređenosti jeste jedan primer komplementarnosti: znanje o položaju (ili impulsu) jedne čestice onemogućuje ti da saznaš koji je impuls (odnosno položaj) te čestice.U poznijim godinama Bor je naglašavao značaj komplementarnosti u temama veoma dalekim od fizike. Priča se da su Bora jednom prilikom pitali na nemačkom jeziku koja osobina je komplementarna istini (nemački Wahrheit, čita se 'varhajt' - prim. prev.). On je porazmislio, pa rekao: jasnoća (nemački Klarheit, čita se 'klarhajt' - prim. prev.) Snagu te opaske osetio sam dok sam pisao ovo poglavlje.
     Negde oko 1930. godine rasprave u Borovom institutu dovele su do ortodoksne 'kopenhagenske' formulacije kvantne mehanike, u terminima koji su sad postali mnogo opštiji nego što su oni o talasnoj mehanici pojedinačnih elektrona. Bez obzira na to da li se jedan sistem sastoji od jedne čestice ili od mnogo čestica, njegovo stanje u svakom trenutku opisuje se spiskom brojeva koji su poznati kao vrednosti talasne funkcije, pri čemu po jedan broj odgovara svakoj mogućoj konfiguraciji sistema. Isto ovo stanje može se opisati tako što ćemo dodeliti vrednosti talasnih funkcija konfiguracijama koje se opisuju na razne druge načine - na primer, položajima svih čestica u sistemu, ili impulsom svih čestica u sistemu, ili već nekako, samo nikako ne položajem i impulsom svih čestica u sistemu.
     Suština kopenhagenskog tumačenja jeste oštro razdvajanje samog sistema od aparata pomoću koga merimo konfiguraciju sistema. Kao što je naglasio Maks Born, između dva trenutka u kojima mi vršimo merenja, vrednosti talasnih funkcija nastavljaju evoluirati, i to načinom savršeno kontinuiranim i determinističkim, pod diktatom neke od opštih verzija Šredingerove jednačine. Dok se to nastavlja, za sistem se ne može reći da se nalazi u ma kojoj određenoj konfiguraciji. Ako izmerimo konfiguraciju jednog sistema (na primer, tako što ćemo izmeriti položaje svih čestica ili impulse svih čestica, ali ne oba), sistem preskače u jedno stanje koje sasvim sigurno jeste u jednoj konfiguraciji, ili u drugoj, sa verovatnoćama koje su određene kvadratima vrednosti talasne funkcije za te konfiguracije neposredno pre merenja.
     Opisivanje kvantne mehanike jedino rečima dovodi, neizbežno, do toga da ljudi samo nejasno shvate o čemu je tu, uopšte, reč. Ali kvantna mehanika sama po sebi nije nimalo nejasna; iako u prvo vreme izgleda 'uvrnuto', ona daje tačan okvir za izračunavanje energija, učestalosti prelaza i verovatnoća. Želim da pokušam povesti čitaoca malo dublje u kvantnu mehaniku, a da bih to postigao, razmatraću najjednostavniji mogući sistem, koji ima samo dve moguće konfiguracije. Možemo ga zamisliti ovako: to je ona mitska (ne postoji stvarno) čestica koja ima samo dva moguća položaja, a ne beskonačno mnoštvo mogućih položaja; reći ćemo da su to položaji ovde i tamo. Dakle, stanje ovog sistema može se u svakom trenutku opisati pomoću dva broja: to su dve vrednosti talasne funkcije, jedno je vrednost ovde, a drugo je vrednost tamo.
     U klasičnoj fizici opis naše mitske čestice je veoma jednostavan: ona sasvim sigurno jeste ovde ili jeste tamo, a od ovde do tamo i nazad može da preskače, na način koji nalaže neki zakon dinamike. Međutim, u kvantnoj mehanici stvari su kudikamo zapetljanije. Kad mi ne pazimo na tu česticu, tada bi stanje sistema moglo biti čisto ovde, u kom slučaju bi vrednost tamo njene talasne funkcije sasvim iščezla; ili bi moglo biti čisto tamo, u kom slučaju bi vrednost ovde njene talasne funkcije sasvim iščezla; ali isto tako je moguće (a uobičajenije) da ne iščezne nijedna od te dve vrednosti, i da čestica, samim tim, nije nesumnjivo ovde, ali nije ni nesumnjivo tamo. E, kad pogledamo da li je čestica tamo ili je ovde, ustanovimo, dabome, da jeste u jednom od ta dva položaja; verovatnoća da će se pokazati da je ovde data je kvadratom vrednosti ovde neposredno pre merenja, a verovatnoća da je ipak tamo data je kvadratom vrednosti tamo. Prema kopenhagenskom tumačenju, kad merimo da li je čestica u konfiguraciji ovde ili u konfiguraciji tamo, vrednosti ovih talasnih funkcija preskoče do nekih novih vrednosti; pa ili vrednost funkcije ovde postane jednaka jedinici, a vrednost funkcije tamo postane jednaka nuli, ili obratno; ali poznajući njihove talasne funkcije mi ne možemo predvideti šta će se desiti, samo znamo verovatnoće događaja.
     Ovaj sistem sa samo dve konfiguracije toliko je jednostavan da u Šredingerovoj jednačini može biti opisan bez simbola. Između dva naša merenja, brzina promene vrednosti talasne funkcije za ovde dobija se izračunavanjem vrednosti za ovde pomnožene jednim konstantnim brojem i sabiranjem tog rezultata sa vrednošću za tamo koja mora biti takođe pomnožena jednim, ali ne tim istim, konstantnim brojem; a brzina promene vrednosti za tamo dobija se tako što se vrednost za ovde pomnoži trećim konstantnim brojem i tako dobijena vrednost sabere sa vrednošću za tamo pomnoženom četvrtim konstantnim brojem. Ta četiri konstantna broja zovu se, kolektivno, hamiltonovski brojevi za ovaj jednostavni sistem. Hamiltonovski brojevi karakterišu sam sistem, a ne bilo koje određeno stanje sistema; kažu nam sve što se ima znati o načinu na koji se stanje sistema razvija od ma kojih datih početnih uslova. Sama po sebi, kvantna mehanika nam ne kaže koliki su hamiltonovski brojevi, nego njih moramo da izvedemo iz našeg eksperimentalnog i teorijskog znanja o prirodi sistema o kome je reč.
     Ovaj naš jednostavan sistem može se, vidite, upotrebiti i kao ilustracija za Borovu ideju komplementarnosti, tako što ćemo razmotriti druge načine za opisivanje stanja te iste čestice. Na primer, postoji jedan par stanja, nešto nalik na stanja pouzdano utvrđenog impulsa, kojima možemo dati nazive stani i kreni, pri čemu je vrednost talasne funkcije za ovde ili jednaka vrednosti takve iste funkcije za tamo, ili jednaka njenoj minusnoj vrednosti. Pa, zato, možemo opisati, ako nam je volja, talasnu funkciju u terminima njenih stani i kreni vrednosti, a ne njenih ovde i tamo vrednosti: vrednost stani je zbir vrednosti za ovde i tamo, a kreni je njihova razlika. Ako, sticajem okolnosti, sigurno znamo da je položaj čestice sasvim sigurno ovde, a nije tamo, vrednost talasne funkcije za tamo mora, dabome, iščeznuti, iz čega proističe da vrednosti stani i kreni kod ove talasne funkcije moraju biti međusobno jednake, a to znači da mi pojma nemamo kakav je njen impuls: verovatnoća je izjednačena, 50% za jednu i 50% za drugu mogućnost. Obratno, ako znamo da je čestica sasvim sigurno u stanju stani, odnosno nepomična, ne kreće se, što znači da je njen impuls jednak nuli, onda vrednost talasne funkcije za kreni iščezava, a pošto je vrednost talasne funkcije za kreni razlika vrednosti za ovde i za tamo, proističe da vrednosti za ovde i za tamo moraju biti međusobno jednake; drugim rečima mi nemamo pojma da li je čestica ovde ili tamo - verovatnoća je 50% za prvu i 50% za drugu od te dve mogućnosti. Sagledavamo, dakle, potpunu komplementarnost između merenja ovde ili tamo i merenja stani ili kreni: možemo izvršiti jedno, ili drugo, ali koje god od ta dva da izvršimo, ostajemo sasvim u mraku po pitanju ishoda koje smo mogli dobiti da smo izvršili onu drugu vrstu merenja.
     Svi su saglasni oko toga kako treba kvantnu mehaniku koristiti, ali postoje velika neslaganja kako treba razmišljati o onome što radimo kad je koristimo. Za neke ljude, i to one koji su bili ranjeni redukcionizmom i determinizmom njutnovske fizike, dva vida kvantne mehanike kao da su ponudila dobrodošli melem. Dok u njutnovskoj fizici ljudska bića nisu imala nikakav poseban status, u kopenhagenskom tumačenju kvantne mehanike ljudska bića igraju presudnu ulogu, jer, kad vrše merenje, u isti mah i daju talasnoj funkciji njen smisao. Štaviše, njutnovski fizičar je govorio o tačnom predviđanju, dok stručnjak za kvantnu mehaniku nudi samo proračune verovatnoća, što opet kao da otvara prostor za ljudsku slobodnu volju ili za božanski upliv.
     Neki naučnici i pisci, kao što je Frithof Kapra (Fritjof Capra) pozdravljaju ove činjenice, u kojima vide mogućnost za pomirenje duha nauke sa nekim blažim delovima naše prirode. A mogao bih tako i ja, kad bih mislio da je to stvarno postojeća mogućnost, ali ne mislim da jeste. Kvantna mehanika je za fiziku bila od ogromnog značaja, ali ja u kvantnoj mehanici ne uspevam pronaći baš nijednu poruku za ljudska bića koja bi se u bilo čemu značajnom razlikovala od poruke njutnovske fizike.
     Pošto su ova pitanja još i sad protivurečna, pridobio sam dvojicu dobro poznatih ljudi da ovde povedu raspravu o tome.

     DIJALOG O SMISLU KVANTNE MEHANIKE

     MALI TIMI: Ja mislim da je kvantna mehanika naprosto divna. Nikad mi se nije dopadalo ono kako u njutnovskoj mehanici, ako znaš položaj i brzinu svake čestice u jednom trenutku, možeš predvideti sve o budućnosti, a za slobodnu volju i za neku posebnu ulogu ljudskih bića da ne ostane ništa. Sad su u ovoj kvantnoj mehanici sva vaša predviđanja mutna i zasnivaju se na verovatnoćama, i ništa nije ni u kakvom određenom stanju sve dok ljudsko oko to ne osmotri. Siguran sam da je neki mistik sa Istoka rekao, nekad, nešto tako.
     CICIJA SKRUDŽ: Bah! Možda sam se ja predomislio za ono oko Božića, ali sačuvao sam sposobnost da prepoznam koještariju kad je čujem. Istina je, dakako, da elektron nema u isto vreme i određeni položaj i određenu brzinu, ali to samo znači da te dve veličine nisu one prave, prikladne veličine koje treba da upotrebljavamo kad opisujemo elektron. Ono što u svakom trenu imaju i elektron i svaki mogući skup čestica jeste talasna funkcija. Ako neko ljudsko biće posmatra sistem, onda je tom talasnom funkcijom opisano stanje celoga sistema, uključujući i to ljudsko biće. Razvoj jedne talasne funkcije podjednako je deterministički kao što su to orbite čestica u njutnovskoj mehanici. U stvari, i više je deterministički, jer jednačine koje nam kažu kako se talasna funkcija razvija u vremenu tako su jednostavne da tu haotična rešenja nisu dopuštena. I gde ti je tu slobodna volja?
     MALI TIMI: Stvarno me iznenađuje da ti odgovaraš tako nenaučno. Talasna funkcija ne poseduje nikakvu objektivnu stvarnost, odnosno nije uopšte stvarna, jer se ne može meriti. Na primer, ako mi uočimo da čestica jeste ovde, na osnovu toga ne možemo zaključiti da je pre tog našeg merenja vrednost za tamo bila nula; ma, mogla je ona imati ma koju vrednost i za ovde i za tamo, a potom se naprosto desilo da je iskočila ovde, a ne tamo kad smo mi uzeli da je osmotrimo. Pošto talasna funkcija ne postoji stvarno, onda što si se ti toliko oduševio zbog njenog determinističkog evoluiranja? Šta mi uopšte možemo izmeriti? Samo vrednosti kao što su mesta, impulsi i spinovi, a i o takvima predviđati možemo samo verovatnoće. Dok se ne umeša neko ljudsko biće da izmeri te veličine, ne možemo reći da čestica uopšte ima ikakvo stanje.
     CICIJA SKRUDŽ: Dragi moj mladiću, ti si, izgleda, nekritično progutao jednu doktrinu iz devetnaestog veka, koja se zvala pozitivizam, a koja je govorila da nauka treba da se bavi samo onim stvarima koje se mogu, stvarno i konkretno, posmatrati. Slažem se ja da nije moguće nikakvim opitom izmeriti talasnu funkciju. Pa šta? Ako ponoviš mnogo puta merenja polazeći svaki put od istog početnog stanja, moći ćeš da odrediš kakva mora biti talasna funkcija tog stanja, i pomoću dobijenih rezultata proverićeš tačnost naših teorija. Šta bi više od toga hteo? Doista bi trebalo da prebaciš svoj način mišljenja u dvadeseti vek. Talasne funkcije su stvarne iz istog razloga iz koga su kvarkovi i simetrije stvarni: zato što su korisne kad ih uključimo u naše teorije. Svaki sistem je uvek u nekom određenom stanju, bez obzira na to da li ga neko ljudsko biće posmatra ili ne; a to stanje nije opisano ni položajem, ni impulsom, nego talasnom funkcijom.
     MALI TIMI: Nisam raspoložen da se raspravljam o tome šta je stvarno, a šta ne, sa nekim ko provodi svoje noći lutajući u društvu duhova.Kao što je Skrudž činio u priči Čarlsa Dikensa 'Božićna pesma' - prim. prev. Nego, da ja tebe samo podsetim u kakav ozbiljan problem upadaš ako zamisliš da je talasna funkcija nešto što stvarno postoji. Ajnštajn je to pomenuo u jednom svom napadu na kvantnu mehaniku, znaš, u onom govoru na konferenciji 'Solvej' u Briselu, a posle i u onom slavnom tekstu koji su zajednički napisali on, Boris Podolski (Boris Podolsky) i Natan Rozen (Nathan Rosen). Pretpostavimo da imamo sistem sačinjen od dva elektrona, pripremljen tako da elektroni u jednom trenutku imaju poznato, veliko međusobno rastojanje i poznat ukupan impuls. (Ovo nije protiv Hajzenbergovog načela neodređenosti. Recimo, mogli bismo meriti njihovo rastojanje tako što bismo slali svetlosne talase vrlo kratkih talasnih dužina od jednog elektrona do drugog, i nazad, i stalno tako; pri svakom naletu, svetlosni talasi bi promenili impuls jednog od ta dva elektrona, ali zbog očuvanja impulsa ne bi se promenio zbir njihovih impulsa.) Ako neko, tada, izmeri impuls prvog elektrona, impuls drugog biće istog trena poznat: to ti je čas posla, pošto znaš zbir impulsa njih dva. A ako neko, na onom drugom mestu, izmeri položaj drugog elektrona, stvarno je lako odmah ustanoviti položaj i prvog, jer se njihovo rastojanje zna. Međutim, ovo bi značilo da ti, čim osmotriš stanje prvog elektrona, trenutno menjaš talasnu funkciju tako da sad onaj drugi elektron ima tačno određen položaj ili tačno određen impuls, iako ni blizu njega nisi išao. Je l' tebi stvarno prija da zamišljaš da su talasne funkcije stvarne, kad ih može čovek menjati tako?
     CICIJA SKRUDŽ: Pa, ja to mogu prihvatiti. I ne brinem se, da znaš, zbog onog pravila u posebnoj teoriji relativnosti koje zabranjuje odašiljanje bilo kakvih signala bržih od svetlosti; nema ovde sukoba sa tim pravilom. Fizičarka koja izmeri impuls drugog elektrona nema nikakav način da zna da li je, ili nije, nađena vrednost pretrpela neku promenu zbog toga što je neko posmatrao prvi elektron. Koliko god je njoj, toj fizičarki, poznato, pre njenoga merenja taj njen elektron je mogao imati i određen položaj i određen impuls. Čak ni sam Ajnštajn nije mogao pomoću te vrste merenja poslati trenutni signal od jednog elektrona drugom. (A kad već o tome govorimo, mogao si baš pomenuti da se Džon Bel /John Bell/ dosetio izvesnih još uvrnutijih posledica kvantne mehanike, a u vezi sa atomskim spinovima, i da su potom eksperimentalni fizičari dokazali da se spinovi u atomskim sistemima odista ponašaju onako kako to kvantna mehanika predviđa; ali šta ćemo, svet naprosto jeste takav.) Meni se čini da nas ništa od pomenutog ne prisiljava da prestanemo smatrati talasnu funkciju stvarnom; nego se ona naprosto ponaša drugačije nego što smo mi navikli da mislimo, a u to njeno neobično ponašanje spadaju i trenutne (bez ikakvog proticanja vremena) promene koje utiču čak i na talasnu funkciju celog svemira. Ja da ti kažem: mani se traganja za nekakvim filozofskim porukama u kvantnoj mehanici i pusti me da je i ubuduće koristim.
     MALI TIMI: Bez uvrede, ali ako ti veruješ da se može trenutno izmeniti jedna talasna funkcija razapeta preko cele celcate Vaseljene, onda si zaista spreman da poveruješ u sve i svašta. Oprostićeš mi ako ukažem da si maločas govorio sam protiv sebe. Pričaš da se talasna funkcija svakog sistema razvija na savršeno deterministički način i da se verovatnoće pojavljuju u toj slici tek kad mi potegnemo da nešto konkretno izmerimo. Ali upravo prema tvojim sopstvenim tvrdnjama, ne samo elektron, nego i merni instrument, pa i ljudsko biće koje mernim instrumentom rukuje, jesu jedan, celovit, veliki sistem, opisan talasnom funkcijom koja ima ogroman broj svojih vrednosti, a sve te vrednosti nastavljaju se razvijati deterministički čak i dok merenje traje. Pa lepo, ako se sve odvija deterministički, kako može biti ikakve neizvesnosti o rezultatima merenja? Odakle to verovatnoće 'uskaču' dok vršimo merenje?

     Ja imam razumevanja za obe strane u ovoj raspravi, mada nešto više za realistu Skrudža nego za pozitivistu Timija. Dodelio sam Malom Timiju pravo da završna reč bude njegova zbog toga što je problem koji on na kraju pominje bio i ostao najvažnija zagonetka u tumačenju kvantne mehanike. Ortodoksno kopenhagensko tumačenje koju sam dosad opisivao zasniva se na oštrom razdvajanju fizičkog sistema, na koji se mogu primeniti pravila kvantne mehanike, i instrumenata pomoću kojih želimo sistem ispitivati: njih opisujemo u skladu sa klasičnim, pretkvantnim pravilima fizike. Naša mitska čestica mogla bi imati jednu talasnu funkciju koja bi imala vrednosti i za ovde i za tamo, ali kad izvršimo posmatranje, one se nekako pretvore u jedno određeno ovde ili tamo, na način koji je u suštini nepredvidljiv, osim što se možemo pozivati na verovatnoće. Ali ova razlika tretmana, odnosno različitost načina na koji tretiramo posmatrani sistem i merni uređaj, mora biti fiktivna. Verujemo da kvantna mehanika vlada svim stvarima u celom kosmosu, ne samo pojedinačnim elektronima, atomima i molekulima nego i opitnim instrumentima, kao i fizičarima koji ih koriste. Ako talasna funkcija opisuje i merni aparat, i posmatrani sistem, i ako evoluira determinisitički, po zakonima kvantne mehanike, uvek pa i za vreme trajanja opita, onda, kao što pita Mali Timi, odakle 'uskaču' verovatnoće?
     Nezadovoljstvo ovim veštačkim rascepom između sistema i onih koji ga posmatraju, rascepom toliko primetnim u kopenhagenskom tumačenju, povelo je mnoge teoretičare ka jednom unekoliko drugačijem gledištu, a to je takozvano tumačenje o mnogo svetova ili o mnogo istorija kvantne mehanike. Ovo tumačenje prvi put je prezentovano u doktorskoj tezi Hjua Evereta (Hugh Everett) na Prinstonu. Prema njegovoj zamisli, merenje ovde-ili-tamo, koje bismo izvršili nad našom mitskom česticom, znači nekakvo međudejstvo između nje i posmatračkih instrumenata - takvo, zapravo, da talasna funkcija tog objedinjenog sistema na kraju ima merive vrednosti za samo dve konfiguracije; jedna vrednost odgovara konfiguraciji u kojoj je čestica ovde, a kazaljka instrumenta pokazuje takođe ka reči ovde; druga vrednost odgovara mogućnosti da je čestica tamo, pri čemu će i kazaljka instrumenta biti uperena ka oznaci tamo. Postoji, dakle, još i sad, jedna određena talasna funkcija, proizvedena na način sasvim deterministički, međudejstvom čestice sa mernim uređajima, a sve to po pravilima kvantne mehanike. Međutim, ova dva stanja talasne funkcije odgovaraju stanjima sa različitom energijom, a pošto su merni instrumenti makroskopske (a ne mikroskopske) veličine, i ta razlika energije je veome velika, a iz toga proističe da te dve vrednosti osciluju na veoma različitim frekvencijama. Kad pogledaš u kom pravcu je uperena kazaljka na tom mernom instrumentu, to ti je kao da nasumce nalaziš na radio-aparatu jednu od dve moguće stanice, 'Radio Ovde' i 'Radio Tamo'. Pod uslovom da su frekvencije na kojima rade te dve stanice dobro razdvojene, jedna drugoj neće smetati (nema interferencije, odnosno mešanja), pa ćeš ti primati ili jednu ili drugu, sa verovatnoćom srazmernom njihovoj jačini. Ovo odsustvo interferencije između dveju vrednosti jedne iste talasne funkcije znači, zapravo, da se istorija sveta rascepila u dve zasebne istorije, i to jednu gde je čestica ovde i drugu gde je čestica tamo, i da će odsad obe te istorije nastaviti da se odvijaju zasebno, ne utičući jedna na drugu.
     Primenjujući pravila kvantne mehanike na kombinovani sistem, sačinjen od čestice i mernog aparata kojim hoćemo česticu da posmatramo, mi možemo zaista dokazati da verovatnoća da ćemo česticu naći ovde, a da će pri tom i kazaljka biti uperena na ovde, jeste srazmerna kvadratu vrednosti talasne funkcije te čestice za ovde u trenu neposredno pre početka međudejstva čestice sa mernim instrumentom, baš kao što postulira kopenhagensko tumačenje kvantne mehanike. Međutim, ovaj argument ne odgovara stvarno na pitanje Malog Timija. Kad izračunavamo verovatnoće u tom kombinovanom sistemu (čestica plus merni aparati, sve zajedno kao jedna konfiguracija), mi prećutno uvlačimo u to i naučnicu koju Skrudž pominje. Ona je posmatrač, ona očitava skalu i vidi da li je kazaljka uperena ka ovde ili ka tamo. Iako je u ovoj analizi merni instrument tretiran kvantnomehanički, tu damu smo tretirali klasično; a ona gleda i nalazi da kazaljka jasno, nesumnjivo, pokazuje ovde ili pokazuje tamo, na način koji, opet, mi ne možemo predvideti, osim tako što ćemo se pozivati na verovatnoće. Mogli bismo, naravno, tretirati i posmatračicu kvantnomehanički, ali samo po cenu da uvedemo drugog posmatrača, koji opaža zaključke naše dame: taj, recimo, čita njen članak u nekom časopisu za fiziku. I tako dalje.
     Dug je spisak fizičara koji su radili sa željom da iz temelja kvantne mehanike iščiste sve izjave o verovatnoći i svaki drugi interpretativni postulat koji povlači liniju razgraničenja između posmatrača i posmatranih sistema. Traži se kvantnomehanički model sa talasnom funkcijom koji opisuje ne samo razne posmatrane sisteme, nego i nešto što predstavlja (ili zastupa) svesnog posmatrača. Sa takvim modelom pokušalo bi se pokazati da se, kao ishod ponavljanih međudejstava posmatrača sa pojedinim sistemima, talasna funkcija kombinovanog sistema pouzdano razvija ka jednoj konačnoj talasnoj funkciji, u kojoj se posmatrač uverio da verovatnoće prilikom pojedinačnih merenja jesu ono što kopenhagensko tumačenje propisuje. Nisam ubeđen da je ovaj program rada dosad bio sasvim uspešan, ali mislim da na kraju može biti. Ako tako bude, onda će se dokazati da je Cicija Skrudž, sa svojim realizmom, sasvim u pravu.
     Zaista je iznenađujuće koliko bi se malo time promenilo. Većina fizičara koristi kvantnu mehaniku svaki dan u svom radu, i ne brine o suštinskom problemu njenog tumačenja. Pošto su to razumni ljudi, sa vrlo malo vremena raspoloživog za ispitivanje svih ideja i podataka u svojim užim poljima specijalizacije, i pošto ne moraju da se brinu o ovom suštinskom problemu, oni se o njemu i ne brinu. Pre oko godinu dana, dok smo Filip Kandelas (Philip Candelas), sa Katedre za fiziku Univerziteta u Teksasu, i ja čekali lift, naš razgovor se usmerio ka jednom mladom teoretičaru koji je kao postdiplomac mnogo obećavao, a onda nestao sa vidika. Pitao sam Fila šta je zasmetalo radu tog bivšeg studenta. Fil je zatresao glavom i pokunjeno rekao: "Pokušao je da shvati kvantnu mehaniku."
     Do te mere je filozofija kvantne mehanike nebitna za njenu upotrebu da čovek počne podozrevati da su sva ta duboka pitanja o smislu merenja, zapravo, prazna, i da nam ih nameće naš jezik, jezik koji se razvio u jednom svetu kojim gotovo u celosti vlada klasična fizika. Ali priznaću da mi je malčice nelagodno što ceo život provedoh radeći unutar jednog teorijskog okvira koji nikome nije baš jasan. Osim toga, nama je zaista potrebno da shvatimo kvantnu mehaniku bolje, i to nam je potrebno u kvantnoj kosmologiji, primeni kvantne mehanike na celokupnu Vaseljenu, gde se nikakav spoljašnji posmatrač ne može ni zamisliti. Sada je Vaseljena daleko prevelika da bi kvantna mehanika mogla bitno da je izmeni, ali prema teoriji Velikog praska, bilo je u prošlosti jedno vreme kad su čestice bile toliko zbijene da su kvantna dejstva morala biti značajna. Niko danas ne zna čak ni pravila za primenu kvantne mehanike u ovom kontekstu.
     Meni se čini da je od još većeg značaja pitanje da li je kvantna mehanika uopšte istinita. Imala je sjajan uspeh u objašnjavanju osobina čestica, atoma i molekula, tako da mi znamo da je vrlo bliska istini. Znači, pitanje je postoji li neka druga logički moguća teorija čija su predviđanja veoma bliska, ali ne sasvim ista kao predviđanja kvantne teorije. Lako je smisliti načine da se gotovo sve fizičke teorije izmene u nekim sitnicama. Na primer, Njutnov zakon gravitacije, koji kaže da je gravitaciono privlačenje između dve čestice obrnuto srazmerno kvadratu njihovog rastojanja, mogao bi se izmeniti samo malčice, tako što bismo pretpostavili da ne odgovara sasvim kvadratu rastojanja, nego da mu je vrednost malo viša ili malo manja. Mogli bismo eksperimentalno oprobati Njutnovu teoriju, tako što bismo uporedili osmatranja Sunčevog sistema sa onima koja bi se očekivala od sistema u kome se sila teže menja malo drugačije; na taj način utvrdili bismo koliko daleko od kvadrata udaljenosti može biti ta sila. Pa, i opšta teorija relativnosti mogla bi se izmeniti malčice, na primer tako što bismo u jednačine polja uključili i složenije male članove ili bismo u teoriju mogli uvesti nova polja slabog međudejstva. Veoma je upečatljiva činjenica da dosad nije uspelo iznalaženje nijedne logički dosledne teorije koja bi bila bliska kvantnoj mehanici, osim kvantne mehanike same.
     Pokušao sam i ja da sazdam jednu takvu teoriju pre nekoliko godina. Moja namera bila je ne da ozbiljno predložim alternativu kvantnoj mehanici nego da dobijem bar kakvu-takvu teoriju koja bi bila bliska kvantnoj mehanici, ali ne sasvim istovetna sa njom, i koja bi, zato, mogla poslužiti kao probni kamen za eksperimentalnu proveru. Pokušavao sam, na ovaj način, da pružim eksperimentalnim fizičarima predstavu o vrsti opita koji bi dali zanimljive načine da količinski proverimo istinitost ili neistinitost kvantne mehanike. Trebalo bi malo proveriti samu kvantnu mehaniku, a ne bilo koju određenu teoriju kvantne mehanike kao što je standardni model; iz tog razloga, da bi se mogla eksperimentalno uočiti razlika između kvantne mehanike i njenih alternativa, čovek mora da potraži neku, veoma uopštenu, crtu koja postoji u svakoj mogućoj kvantnomehaničkoj teoriji. Izmišljajući, dakle, nekakvu alternativu kvantnoj mehanici, ja sam sa zakačio za jednu njenu opštu crtu, koja mi je uvek izgledala proizvoljnija od drugih, a to je njena linearnost.
     Ovde treba da kažem poneku reč o značenju linearnosti. Prisetimo se da se vrednosti talasne funkcije u svakom sistemu menjaju nekom brzinom, koja zavisi od samih tih vrednosti, ali i od prirode sistema, i od okoline. Na primer, ritam promene vrednosti za ovde kod talasne funkcije naše mitske čestice jeste jedan konstantan broj pomnožen vrednošću za ovde, plus jedan drugi konstantan broj pomnožen vrednošću za tamo. Dinamičko pravilo ove vrste naziva se linearno, zato što, ako u bilo kom trenutku izmenimo jednu vrednost talasne funkcije, pa onda ucrtamo grafikon bilo koje vrednosti talasne funkcije u bilo kom kasnijem trenutku naspram one vrednosti koju smo izmenili, dobijamo grafikon koji je prava linija, ukoliko su sve druge vrednosti ostale iste. Hajde da se izrazimo veoma približno i da kažemo: reagovanje sistema na bilo koju promenu srazmerno je toj promeni. Jedna veoma važna posledica ove linearnosti jeste to što, kao što je Cicija Skrudž istakao, kvantni sistemi ne mogu ispoljiti haotičnost: mala promena u početnim uslovima daje samo malu promenu u vrednostima talasne funkcije u bilo koje kasnije vreme.
     Postoje mnogi klasični sistemi koji su u ovom smislu linearni, ali linearnost u klasičnoj fizici nije nikad tačna. Nasuprot tome, smatra se da je kvantna mehanika baš tačno linearna, pod svim okolnostima. Ako čovek želi potražiti načine za menjanje kvantne mehanike, prirodno je da oproba mogućnost da razvoj talasne funkcije ipak nije sasvim tačno linearan.
     Uložio sam nešto truda, i posle izvesnog vremena smislio sam jednu malčice nelinearnu alternativu kvantnoj mehanici. Ova alternativa ostavljala je utisak da je, sa stanovišta fizike, razumna, a mogla se lako i proveriti, sa veoma visokom tačnošću, tako što bi se ispitala jedna opšta posledica linearnost - naime, činjenica da u svakom linearnom sistemu frekvencije svih oscilacija ostaju nezavisne od načina na koji su te oscilacije pobuđene. Na primer, Galilej je primetio da učestalost kojom klatno ide napred-nazad ne zavisi od toga koliko ga daleko napred i koliko daleko nazad nose ti zamasi. To je zato što, dokle god magnituda oscilacije ostaje dovoljno mala, klatno jeste linearan sistem; brzina promene njegovog otklona u jednu stranu i njegovog impulsa srazmerne su njegovom (tim redom) impulsu i otklonu u jednu stranu. Svi časovnici su zasnovani na ovoj osobini oscilacija u linearnim sistemima, svejedno da li su to časovnici sa klatnom, ili oprugom, ili kvarcnim kristalom. Pre nekoliko godina, posle jednog razgovora sa Dejvidom Vajnlendom (David Wineland) iz Nacionalnog biroa za standarde, uvideo sam da spin jezgra koje taj Biro koristi da bi odredio tačno vreme daje divan test linearnosti kvantne mehanike: u mojoj malčice nelinearnoj alternativi kvantnoj mehanici, frekvencija precesije ose spina jezgra oko linija sila magnetnog polja zavisiće, doduše veoma slabo, od ugla koji zaklapaju osa spina i linije sila magnetnog polja. Činjenica da nikakvo dejstvo slično tome nisu primetili u Birou za standarde meni je odmah rekla da bi svi eventualni nelinearni efekti kod proučavanoga jezgra (jednog izotopa berilijuma) mogli doprinositi energiji jezgra manje od jednog milijarditog dela milijarditog dela milijarditog dela. Posle ovog mog rada, Vajnlend i nekoliko drugih eksperimentalista u Harvardu, Prinstonu i drugim laboratorijama izveli su još tačnija merenja, pa se pokazalo da bi nelinearni efekti morali biti čak i manji od toga. Dakle, ako je linearnost kvantne mehanike samo približna, onda je to, ipak, jedna veoma, veoma dobra približnost.
     Ništa od ovog nije bilo osobito iznenađujuće. Čak i ako postoje neke male nelinearne korekcije koje treba uneti u kvantnu mehaniku, nije bilo razloga da očekujemo da će te korekcije biti dovoljno krupne da se pokažu u prvoj rundi opita smišljenih da bi se one otkrile. Ali ono što me jeste razočaralo bila je činjenica da je moja nelinearna alternativa kvantnoj mehanici naletela na izvesne čisto teorijske unutrašnje teškoće. Kao prvo, nisam uspevao pronaći nikakav način da proširim nelinearnu verziju kvantne mehanike na one teorije koje su zasnovane na Ajnštajnovoj posebnoj teoriji relativnosti. Kao drugo, posle objavljivanja mog rada, N. Gisin (N. Gisin) u Ženevi i moj kolega Džozef Polčinski (Joseph Polchinski) na Univerzitetu Teksas ukazali su, nezavisno jedan od drugog, da bi u onom Ajnštajn-Podolski-Rozenovom opitu (pomenuo ga je Mali Timi) nelinearnost opšte teorije mogla biti upotrebljena da se signali šalju trenutno na velika rastojanja, što je ishod zabranjen posebnom relativnošću. Zasad sam odustao od rada na tom problemu; ja naprosto ne znam kako bi se kvantna mehanika mogla i najmanje izmeniti, a da se ne sruši cela, do temelja.
     Ovaj teorijski neuspeh da se nađe prihvatljiva alternativa kvantnoj mehanici meni je nagovestio, čak i više nego što je to učinila tačna eksperimentalna potvrda linearnosti, da kvantna mehanika jeste takva kakva jeste zbog toga što bi i najmanja izmena u njoj dovela do logičkih apsurda. Ako je to tako, onda kvantna mehanika može ostati trajni deo fizike. Štaviše, kvantna mehanika bi mogla preživeti ne samo kao aproksimacija jedne dublje istine, u onom smislu u kome je Njutnova teorija gravitacije bila aproksimacija kasnije Ajnštajnove opšte teorije relativnosti, nego i kao tačno važeći sastavni deo konačne teorije.

5. PRIČE O TEORIJAMA I OPITIMA

     Dok starimo
     svet čudnovatiji postaje, obrazac složeniji
     mrtvih i živih. Ne jedan silovit trenutak
     izdvojen, bez 'pre' i 'posle',
     nego životni vek čiji svaki trenutak bukti.

     Tomas Sternz Eliot, Istočni Kouker

     Sada želim ispričati tri priče o uspesima postignutim u fizici dvadesetog veka. Jedna čudnovata činjenica proističe iz te tri priče: fizičare je, iznova i iznova, usmeravalo njihovo osećanje za lepotu, ne samo prilikom razvijanja novih teorija, nego i u odmeravanju koliko vrede one već razvijene. Čini se da mi tek učimo kako da predvidimo lepotu prirode, na jednom najtemeljnijem nivou. A šta ćete bolju potvrdu da se zaista krećemo ka otkriću konačnih zakona prirode.

     Prva moja priča odnosi se na opštu teoriju relativnosti, a to je Ajnštajnova teorija gravitacije. Ajnštajn je ovu teoriju razvijao od 1907. do 1915. godine, a zatim ju je predstavio svetu nizom radova tokom 1915. i 1916. godine. Najkraće rečeno, umesto njutnovske slike, u kojoj je gravitacija privlačenje koje postoji između svih tela sa masom, opšta teorija relativnosti opisuje gravitaciju kao posledicu zakrivljenja prostorvremena, nastalog dejstvom i materije i energije. Do sredine dvadesetih, ova revolucionarna teorija već je bila opšteprihvaćena kao ispravna teorija gravitacije, i na tom položaju ostala je, evo, sve do danas. Kako se ovo dogodilo?
     Ajnštajn je 1915. godine uvideo da njegova teorija rešava jedan stari sukob između uočenih osobina Sunčevog sistema i njutnovske teorije. Još od 1859. bilo je teško shvatiti orbitu planete Merkur saglasno pravilima Njutnove teorije. Prema Njutnovoj mehanici i teoriji gravitacije, ako u Vaseljeni ne bi postojalo baš ništa osim Sunca i jedne jedine planete, ta planeta bi se kretala u savršenoj elipsi oko Sunca. Orijentacija te elipse - usmerenost njene duže i kraće ose - nikada se ne bi izmenila; orbita bi se držala kao da je pričvršćena, u prostoru. Pošto Sunčev sistem sadrži nekoliko različitih planeta, koje malčice uznemiravaju gravitaciono polje Sunca, orbite svih planeta (a sve te orbite su eliptične) ispoljavaju svojstvo precesije; to znači, polagano se okreću. U devetnaestom veku doznalo se da orbita planete Merkur menja svoju orijentaciju za približno 575 lučnih sekundi u jednom veku. (Ugao od jednog lučnog jednog stepena deli se na 3.600 lučnih sekundi.) Međutim, Njutnova teorija zahteva da ta precesija iznosi 532 lučne sekunde u jednom stoleću; razlika, dakle, iznosi 43 lučne sekunde u svakom veku. Drugi način da kažemo ovo isto bio bi sledeći: ako čekate 225.000 godina, Merkurova eliptična orbita okrenuće se za jedan pun krug kroz kosmos, vrteći se oko Sunca, i naći će se opet u onoj istoj orijentaciji koju ima danas. A Njutnova teorija predviđa da bi trebalo da čekate 244.000 godina. Dakle, nije neka žestoka drama; ali ipak, u pitanju je nepodudarnost koja je astronomima smetala više od pola veka. Kad je Ajnštajn 1915. godine izračunao posledice svoje nove teorije, našao je da ona pretpostavlja Merkurovu precesiju koja je brža za 43 lučne sekunde godišnje. (Jedno od dejstava koja doprinose ovom preteku precesije u Ajnštajnovoj teoriji jeste dodatno gravitaciono polje koje nastaje zbog prisustva energije samog gravitacionog polja. Po Njutnu, gravitaciju proizvodi samo masa, ne energija, pa ne bi ni moglo biti takvog dodatnog gravitacionog polja.) Ajnštajn je posle pričao kako je zbog ovog uspeha bio nekoliko dana van sebe od radosti.
     Posle rata, astronomi su podvrgli opštu teoriju relativnosti još jednoj eksperimentalnoj proveri: naime, izmerili su koliko Sunce zakrivljuje zrake svetlosti koji prolaze blizu njega. Ovo je urađeno za vreme pomračenja Sunca godine 1919. Fotoni u zraku svetlosti prema Ajnštajnovoj teoriji takođe su podložni dejstvu gravitacije, koja vuče taj zrak ka sebi, baš kao što kometa koja iz velikih daljina uđe u Sunčev sistem mora znatno izmeniti putanju, napraviti zaokret oko Sunca i onda se odbaciti nazad u međuzvezdani prostor. Naravno, savijanje zraka svetlosti znatno je manje nego savijanje putanje komete, zato što svetlost putuje mnogo brže; isto tako, putanju brže komete Sunce će povijati manje, a putanju sporije komete uspeće da povije više. Ako je opšta teorija relativnosti tačna, povijanje svetlosnog zraka koji samo što ne okrzne Sunce iznosiće 1,75 lučnih sekundi, odnosno oko pet desetohiljaditih delova ugla od jednog stepena. (Da bi izmerili otklon od pravolinijske putanje zraka svetlosti sa udaljene zvezde, astronomi moraju čekati potpuna pomračenja Sunca. Tada Mesec zakloni sjajni Sunčev disk i moguće je videti zrak svetlosti zvezde koji prolazi tik pored Sunca. Zato astronomi izmere položaje nekoliko zvezda na nebeskoj sferi šest meseci pre pomračenja, kad je Sunce na drugoj strani neba, onda čekaju šest meseci i, kad počne pomračenje, izmere koliko su zraci tih zvezda povijeni usled prolaska pored Sunca, a to se vidi na taj način što se položaj tih zvezda na nebu prividno promeni.) Godine 1919. britanski astronomi preduzeli su pohod radi posmatranja pomračenja Sunca. Njihova ekspedicija otišla je na dva ostrva u Atlantiku, jedno u blizini severoistočne obale Brazila, a drugo u Gvinejskom zalivu. Ustanovili su da povijanje svetlosnih zraka sa nekoliko zvezda zaista jeste onoliko koliko je to Ajnštajn predvideo, uzevši u obzir i nepouzdanosti upotrebljenih instrumenata za posmatranje. Tako je opšta teorija relativnosti stekla priznanje celog sveta i postala tema za ćaskanje uz koktele svuda na ovoj planeti.
     Znači, šta ima više da se priča, sve je jasno, zar ne? Opšta teorija relativnosti nasledila je Njutnovu teoriju gravitacije zato što je objasnila jednu staru nepravilnost, preveliku precesiju Merkurove orbite, a i zato što je tačno predvidela jedno upečatljivo novo dejstvo, povijanje svetlosnih zraka koji prolaze blizu Sunca.
     Nepravilnost Merkurove orbite i povijanje svetlosti bili su, naravno, važni delovi te priče. Ali kao i sve drugo u istoriji nauke (ili u istoriji ma čega drugog, pretpostavljam), i ovo je jednostavno kad se gleda izdaleka, a kad pogledaš malo pobliže, jednostavnost iščezava.
     Razmotrimo sukob između Njutnove teorije i opaženog ponašanja Merkura. Zar nije ta nepodudarnost jasno pokazivala, čak i bez opšte teorije relativnosti, da sa Njutnovom teorijom gravitacije nešto nije u redu? Možda; a možda i ne. Svaka teorija slična Njutnovoj teoriji gravitacije koja ima ogroman raspon primene uvek je podložna mnoštvu opitnih nepravilnosti. Ne postoji teorija koju nije osporio bar jedan opit. Njutnovu teoriju Sunčevog sistema opovrgavali su nalazi raznih astronomskih posmatranja, od početka do kraja istorije te teorije. Do 1916. godine nagomilalo se tu štošta: ne samo ta jedna nepravilnost orbite Merkurove nego i nepravilnosti u kretanju Halejeve i Enkeove komete, kao i u kretanju Meseca. U ta četiri slučaja javljala su se kretanja u neskladu sa Njutnovom teorijom. Sad znamo da nepravilnosti sa kometama i Mesecom nisu imale nikakve veze sa temeljnim pitanjima teorije gravitacije. Halejeva i Enkeova kometa su odstupale od ponašanja očekivanog po Njutnovoj teoriji zato što tada niko nije umeo da valjano izračuna pritisak gasova koji beže iz rotirajuće komete kad se ona, prolazeći pored Sunca, zagreva. Slično tome, kretanje Meseca je vrlo složeno zbog toga što je Mesec prilično veliki objekat, te zato podložan svakojakim složenim plimnim silama. Kad gledamo unazad, nismo iznenađeni da se kretanje ta tri objekta nije podudaralo sa Njutnovom teorijom. Bilo je, slično ovome, i nekoliko predloga kako da se nepravilnosti Merkurove orbite objasni unutar Njutnove teorije. Jedna mogućnost, koja se početkom ovog veka uzimala za ozbiljno, bila bi da se između Merkura i Sunca nalazi neka materija koja malčice uznemirava Sunčevo gravitaciono polje. Ne postoji nikad, ni u jednom neslaganju između teorije i opita, ništa što bi ustalo i mahnulo zastavicom i povikalo: "Ja sam važna nepravilnost!" Nije postojao nijedan pouzdan način da naučnik, kritički osmatrajući podatke u poslednjim godinama devetnaestog ili u prvoj deceniji dvadesetog veka, zaključi da je bilo koja od te četiri nepravilnosti u Sunčevom sistemu značajna. Tek uz pomoć teorije sagledalo se koja su osmatranja važna.
     Kad je Ajnštajn izračunao, godine 1915, da opšta teorija relativnosti pretpostavlja dodatnu Merkurovu precesiju od 43 lučne sekunde godišnje, tačno kao što je posmatranjima utvrđeno, onda je to, naravno, postalo važan deo dokaza u prilog njegovoj teoriji. Zapravo, kao što ću dokazati kasnije, možda je trebalo da stvar bude još ozbiljnije shvaćena. Možda zbog širokog izbora drugih mogućih objašnjenja za Merkurovu nepravilnost, ili zbog predrasude da teoriju ne treba braniti podacima koji su bili poznati još pre njenog formulisanja, ili možda naprosto zbog Prvog svetskog rata - tek, Ajnštajnov uspeh u objašnjavanju Merkurove precesije nije imao ni približno onoliki odjek u javnosti kao izveštaj britanskog pohoda koji je prilikom pomračenja 1919. potvrdio Ajnštajnovu prognozu o savijanju svetlosnih zraka pod dejstvom Sunčeve gravitacije.
     Posvetimo se, zato, sad tom savijanju zraka. Posle 1919. astronomi su nagrnuli da proveravaju Ajnštajnove prognoze i pri raznim drugim pomračenjima. Bilo je jedno pomračenje 1922. godine, koje se moglo gledati iz Australije; pa jedno godine 1929. na Sumatri; pa jedno 1936. godine u SSSR-u; i jedno 1947. godine u Brazilu. Neka od tih posmatranja dala su rezultate u skladu sa Ajnštajnovom teorijom, ali druga su dala rezultate u ozbiljnom neskladu sa njom. Iako je pohod iz 1919. prijavio 10% merne nesigurnosti pri posmatranju desetak zvezda, kao i podudaranje sa Ajnštajnovim predviđanjima do tačnosti od približno 10%, nekoliko pohoda pri potonjim pomračenjima nije uspelo postići toliku tačnost, čak ni uz osmatranje daleko većeg broja zvezda. Istina je, doduše, da je pomračenje 1919. godine bilo izuzetno pogodno za taj posao. Pa ipak, sklon sam da verujem da su se članovi pohoda iz 1919. malo zaneli svojim oduševljenjem za teoriju relativnosti, te da je to uticalo na njihov rad kad su analizirali podatke.
     Još u ono vreme, neki naučnici su sa uzdržanošću primili podatke dobijene prilikom pomračenja iz 1919. Podnoseći izveštaj Nobelovom odboru 1921. godine, Svante Arenijus (Svante Arrhenius) pomenuo je razne kritike upućene tom izveštaju o savijanju svetlosti. Jednom prilikom, ja sam u Jerusalimu imao susret sa jednim postarijim profesorom, Samburskim (Sambursky), koji je 1919. bio Ajnštajnov kolega u Berlinu. On mi je rekao da su astronomi i fizičari u Berlinu sa skepsom primili tvrdnje britanskih astronoma da je Ajnštajnova teorija proverena sa baš tolikom tačnošću.
     Ovde ja nipošto ne sugerišem da se nekakva nečasna namera uvukla u rad tog pohoda. Zamislite samo koliko vas raznih neizvesnosti opseda dok merite to savijanje svetlosti što prolazi pored Sunca. Gledaš neku zvezdu koja iskrsne na nebu blizu Sunčevog diska, čim Mesec zakloni Sunce. Porediš položaje te zvezde na dve fotografske ploče, načinjene u razmaku od šest meseci. Šta ako je teleskop bio malo drugačije fokusiran? Mogla se i foto-ploča za šest meseci malo raširiti ili skupiti. I tako dalje. Kao i u svim opitima, potrebne su svakojake korekcije. Astronom unosi te ispravke najbolje što može. Ali ako je tačan odgovor već unapred poznat, postoji u čoveku prirodna težnja da unosi ispravku za ispravkom sve dok ne dobije 'dobar' rezultat, da bi potom prestao da unosi ispravke. I zaista, astronomi iz pohoda prilikom pomračenja iz 1919. bili su optuženi za pristrasnost zato što su izostavili podatke sa jedne fotografske ploče, rezultate koji bi bili u neskladu sa Ajnštajnovim predviđanjem; a oni su se branili da je ta ploča bila neispravno snimljena zbog promene u fokusiranju teleskopa. Sada, gledajući unazad, zaključujemo da su Britanci o toj stvari rekli istinu, ali ne bih bio iznenađen da su preduzimali sve nove i nove ispravke, sve dok konačno nisu svoje rezultate uklopili u Ajnštajnovu teoriju.
     Opšte je prihvaćeno uverenje da pravi test valjanosti jedne teorije jeste poređenje njenih predviđanja sa kasnijom opitnom proverom. Pa ipak, koristeći se nadmoćnim položajem ljudi koji sa današnjim znanjem gledaju šta se radilo u prošlosti, mi možemo reći da je Ajnštajnovo uspešno objašnjenje, u godini 1915, već ranije izmerene nepravilnosti Merkurove orbite bilo daleko bolja potvrda njegove opšte teorije relativnosti nego ona druga, kasnija potvrda, zasnovana na savijanju zraka zvezdane svetlosti prilikom pomračenja Sunca godine 1919. i kasnije. Dakle, u slučaju opšte teorije relativnosti, jedna retrodikcija, izračunavanje već znanog nepravilnog kretanja Merkura, bila je u stvari test daleko pouzdaniji nego kasnija predikcija novog učinka, savijanja svetlosti u gravitacionim poljima.
     Mislim da ljudi naglašavaju predviđanje kao glavni metod potvrđivanja istinitosti naučnih teorija zato što je klasični stav komentatora nauke sledeći: nemati poverenja u teoretičara. Ljudi se plaše da će teoretičar podešavati svoju teoriju da bi se uskladila sa već poznatim opitnim činjenicama, i da, zbog toga, sklad teorije sa već znanim činjenicama nije pouzdan dokaz njene tačnosti.
     Ali, iako je Ajnštajn već 1907, ako ne i ranije, doznao za preveliku precesiju Merkura, niko kome je iole poznato kako je on razvijao opštu relativnosti, niko ko je iole pratio Ajnštajnovu logiku, neće ni slučajno pomisliti da je on razvijao relativnost zato da bi objasnio tu precesiju. (Uskoro ću se vratiti Ajnštajnovom lancu razmišljanja.) Često treba biti nepoverljiv upravo prema uspešnom predviđanju. U slučaju predviđanja koje se ostvari, kao što se ostvarilo Ajnštajnovo o savijanju svetlosnih zraka gravitacijom Sunca, istina je da teoretičar ne zna, dok razvija teoriju, kakvi će se nalazi kasnije dobiti prilikom provere; ali, s druge strane, eksperimentator i te kako zna teorijski razultat kad kreće u opit. To može dovesti, a u istoriji i jeste dovodilo, do pogrešaka, jednako često kao i preterano oslanjanje na uspešno naknadno potvrđivanje teorije. Ponavljam: neće eksperimentatori krivotvoriti podatke. Koliko je meni poznato - zaista, po svemu onome što sam ikada čuo i video - u celokupnoj istoriji fizike nije se nikada dogodio ni jedan jedini važan slučaj bukvalnog krivotvorenja podataka. Ali kad eksperimentator zna rezultat koji bi, po teoriji, trebalo da dobije, njemu je teško da prestane tragati za greškama u svom radu kad taj rezultat ne dobija, i jednako teško, kad dobije taj rezultat, da nastavi traganje za greškama. U prilog poštenja eksperimentatora ide to što ne dobiju svaki put one rezultate koje očekuju.
     Da sumiram dosadašnju priču: videli smo da su rani opitni dokazi za opštu teoriju relativnosti knjiga koja je spala na samo dva slova: na jedan pozitivan dokaz a posteriori (o nepravilnosti u Merkurovom kretanju) koji verovatno nije shvaćen onako ozbiljno kako je trebalo da bude shvaćen, i na jedno uspešno predviđanje, o defleksiji svetlosti u prolasku pored Sunca, čiji je uspeh silno odjeknuo širom sveta, iako podaci nisu bili baš tako ubedljivi kako se tada mislilo, i iako su još tada neki naučnici, možda malobrojni, a možda i ne baš tako malobrojni, dočekali te podatke sa skepsom. Tek posle Drugog svetskog rata nove tehnike u radarskoj i radio-astronomiji omogućile su da se izvedu novi, daleko tačniji testovi u cilju provere opšte teorije relativnosti. Sada možemo kazati da su predviđanja teorije relativnosti u vezi sa savijanjem (kao i sa kašnjenjem) svetlosnog zraka koji prolazi pored Sunca, odnosno njena predviđanja u vezi sa orbitalnim kretanjem ne samo Merkura, nego i asteroida Ikarus i drugih prirodnih i veštačkih tela, potvrđena tako dobro, da su preostale opitne nepouzdanosti u iznosu manjem od 1%. Ali na ovo je trebalo dugo, dugo čekati.
     Svejedno, iako se u prvim decenijama oslanjala samo na tako slabe opitne dokaze, Ajnštajnova opšta teorija relativnosti postala je ona standardna, zvanično važeća, uneta u udžbenike, još dvadesetih godina, i održala se na tom položaju iako se u dvadesetim i tridesetim godinama čulo, od raznih pohoda koji su pratili pomračenja, da novi nalazi posmatranja jesu u najboljem slučaju dvosmisleni. Pamtim kako sam, učeći opštu teoriju relativnosti u pedesetim godinama, pre nego što su savremena radarska astronomija i radio-astronomija počele davati upečatljive nove dokaze o tačnosti te teorije, verovao, zapravo, smatrao da se samo po sebi podrazumeva da je opšta teorija relativnosti manje-više tačna. Možda smo svi mi bili naprosto lakoverni i imali sreće, ali ne verujem da je to pravi odgovor. Verujem da je opšta teorija relativnosti bila tako rado prihvaćena dobrim delom zbog privlačnosti same teorije - drugim rečima, zbog njene lepote.
     Ajnštajn je, razvijajući opštu teoriju relativnosti, išao istom linijom razmišljanja koju su jasno mogli pratiti i fizičari potonjih pokolenja kad su preduzimali da tu teoriju uče; a ta linija razmišljanja delovala je i na njih jednako zavodljivo kao i na samog Ajnštajna. Početak ove priče možemo naći u godini 1905, Ajnštajnovoj annus mirabilis. U toj jednoj godini on je još radio na kvantnoj teoriji svetlosti i na teoriji kretanja čestica u fluidima, ali razvio je i svoj novi pogled na prostor i vreme, koji je danas poznat pod nazivom posebna teorija relativnosti. Ta teorija dobro se uklopila sa prihvaćenom teorijom elektriciteta i magnetizma, Maksvelovom elektrodinamikom. Posmatrač koji bi se kretao stalnom brzinom, uočio bi da su prostorni i vremenski intervali, a i električna i magnetna polja promenjeni njegovim kretanjem u tačno tom obimu da Maksvelove jednačine ostanu u celosti na snazi. (Nimalo iznenađujuće, jer je Ajnštajn svoju teoriju razvijao imajući od početka nameru da zadovolji upravo taj zahtev.) Ali posebna teorija relativnosti nije se nimalo dobro uklopila sa Njutnovom teorijom gravitacije. Kao prvo, u Njutnovoj teoriji gravitaciona sila između Sunca i neke planete zavisi od njihove udaljenosti, odnosno mesta gde se nalaze u isto vreme, dok u posebnoj teoriji relativnosti ne postoji nikakvo apsolutno značenje istovremenosti - različiti posmatrači, koji se različito kreću, mogu se ne slagati između sebe ako se zapitaju da li se neki događaj desio pre nekog drugog događaja, posle njega, ili istovremeno.
     Na nekoliko načina se mogla Njutnova teorija 'zakrpiti' da bi bila dovedena u sklad sa posebnom relativnošću, i Ajnštajn je bar jedan od tih načina oprobao pre nego što je došao do opšte relativnosti. Ključni podatak koji ga je poveo stazom ka opštoj relativnosti odnosio se na jedno dobro znano svojstvo kojim se odlikuje gravitacija: sila gravitacije srazmerna je masi tela na koju deluje. Ajnštajn je razmišljao da se to baš podudara sa takozvanim inercijalnim silama koje deluju na nas kad se krećemo neujednačenom brzinom ili menjamo pravac kretanja. Inercija jeste ona sila koja gurne putnike dublje u njihova sedišta kad avion počne ubrzavati svoje kretanje po pisti sa koje će uzleteti. Centrifugalna sila zahvaljujući kojoj Zemlja ne pada na Sunce takođe je inerciona sila. Sve te inercione sile su, kao i gravitaciona, srazmerne masi tela na koje deluju. Mi, na Zemlji, ne osećamo ni gravitaciono polje Sunca, a ni centrifugalnu silu koju stvara Zemljino okretanje oko Sunca zato što su te dve sile jednake i međusobno se potiru; ali ova ravnoteža bila bi narušena ako bi samo jedna od njih bila srazmerna masi objekata na koje deluje, a druga ne. Onda bi neki predmeti popadali sa Zemlje na Sunce, a neki drugi bi odleteli sa Zemlje u međuzvezdani prostor. Uopšteno govoreći, činjenica da su i sila gravitacije i sila inercije srazmerne masi tela na koje deluju, ali ne zavise ni od jedne druge odlike tog tela, omogućuje nam da u bilo kojoj tački svakog gravitacionog polja prepoznamo jedan 'referentni okvir slobodnog padanja' (inercijalni sistem) u kome se ne oseća ni prva sila, a ni druga, zato što su njih dve tu savršeno uravnotežene za sva tela. Kad osećamo težu, ili kad osećamo da nas vuče inercija, to je zato što nismo u slobodnom padu. Na primer, na površini Zemlje telo u slobodnom padu ubrzava ka središtu Zemlje stopom od 9,81 metar u sekundi na kvadrat, i mi ćemo tu gravitacionu silu osećati, osim ako nekim slučajem ne jurimo nadole i ne ubrzavamo svoj pad tačno toliko. Ajnštajn je napravio logički skok i počeo nagađati da su sila gravitacije i sila inercije, u osnovi, jedna ista stvar. On je ovo nazvao načelom ekvivalencije gravitacije i inercije, ili, sažeto rečeno, načelom ekvivalencije. Prema ovom načelu, svako gravitaciono polje je u celosti opisano ako kažemo koji je njegov referentni sistem za slobodni pad u svakoj tački prostora i vremena.
     Ajnštajn je utrošio gotovo deset godina posle 1907. godine tragajući za odgovarajućim matematičkim okvirom za ove zamisli. Naposletku je našao tačno ono što mu je bilo potrebno, u dubokoj analogiji između uloge gravitacije u fizici i uloge zakrivljenja u geometriji. Činjenica da se može postići da sila teže nestane tokom jednog kraćeg vremena u bilo kojoj tački gravitacionog polja i u maloj oblasti oko te tačke (tako što ćemo usvojiti odgovarajući referentni sistem slobodnog pada), sasvim nalikuje na činjenicu da mi, na zakrivljenim površinama, možemo napraviti mapu zakrivljenosti i u nju tačno uneti daljine i pravce, za bilo koju tačku koja nam se svidi i za njeno neposredno, vrlo blisko, susedstvo. Ako je jedna površina zakrivljena, onda nema te mape koja će tačno prikazati sve daljine i pravce na njoj; mapa bilo kog prostranog područja predstavljaće kompromis, na neki način će izobličiti daljine ili pravce. Mnoge mape sveta prave se pomoću poznate Merkatorove projekcije, koja dobro prikazuje pravce i daljine blizu polutara, ali ih sasvim izobličuje blizu polova, tako da se Grenland 'naduje' i postane mnogo puta veći nego što stvarno jeste. Na isti način, jedan od znakova da smo u gravitacionom polju jeste taj da ne možemo pomoću jednog referentnog sistema slobodnog pada poništiti gravitaciona i inerciona dejstva svuda.
     Sa ove analogije između gravitacije i zakrivljenosti Ajnštajn je načinio sledeći skok - do zaključka da je gravitacija u osnovi samo posledica zakrivljenosti vremena i prostora. Da bi ovu teoriju primenio, bila mu je potrebna neka matematička teorija zakrivljenih prostora koja bi išla dalje od dobro znane geometrije Zemljine sferične, dvodimenzione površine. Ajnštajn je bio najveći svetski fizičar posle Njutna, a matematiku je znao jednako dobro kao većina fizičara tog doba, ali ipak nije bio matematičar. Konačno je našao tačno ono što mu je bilo potrebno, i to već urađeno, spremno za upotrebu: našao je teoriju zakrivljenih prostora koju su razradili Riman i drugi matematičari u prethodnom veku. U svom konačnom obliku, opšta teorija relativnosti i nije ništa drugo nego ponovljeno tumačenje već ranije stvorene matematike zakrivljenih prostora, ali sad u terminima gravitacije, zajedno sa jednom jednačinom polja koja tačno određuje koliku zakrivljenost će proizvesti bilo koja data količina materije ili energije. I, za divno čudo, opšta teorija relativnosti dala je, za tela u Sunčevom sistemu koja imaju male gustine i male brzine, rezultate sasvim iste kao Njutnova teorija gravitacije; razlika se mogla uočiti tek na nekim sićušnim dejstvima kao što je precesija orbita ili savijanje svetlosti.
     Imaću kasnije još ponešto da kažem o lepoti opšte teorije relativnosti. Nadam se da sam dosad uspeo da vam, bar donekle, dočaram privlačnost te zamisli. Uveren sam da je upravo ta unutrašnja privlačnost održala veru fizičara u opštu teoriju relativnosti u onim decenijama kad su dokazi prikupljani na uzastopnim posmatranjima raznih pomračenja ostajali onako razočaravajući.
     Ovaj utisak postaje jači kad pogledamo kako je opšta relativnost primljena u prvih nekoliko godina, pre pohoda povodom pomračenja iz 1919. godine. Najvažnije je, zapravo, bilo kako ju je primio sam Ajnštajn. Na dopisnici koju je poslao starijem teoretičaru Arnoldu Zomerfeldu (Arnold Sommerfeld), a na kojoj stoji datum '8. februar 1916', dakle tri godine pre pohoda povodom pomračenja, Ajnštajn komentariše: "U tačnost opšte teorije relativnosti bićeš ubeđen kad je pročitaš. Iz tog razloga, ja je neću braniti ni jednom jedinom reči." Nemam načina da saznam u kojoj meri je uspešno izračunavanje precesije Merkurove orbite doprinelo Ajnštajnovom pouzdanju u opštu teoriju relativnosti godine 1916, ali znatno pre toga, pre nego što je izvršio to izračunavanje, nešto mu je moralo dati dovoljno pouzdanja u ideje koje leže u temeljima te teorije - toliko pouzdanja da je on nastavio na njoj raditi; a to 'nešto' su jedino mogle biti same te ideje.
     Ne bi trebalo da potcenjujemo ovo rano pouzdanje. Istorija nauke nudi nam nebrojeno mnoštvo primera naučnika koji su imali dobre ideje, ali ih nisu razradili, a godinama kasnije pokazalo se (često na taj način što su neki drugi naučnici utvrdili) da te zamisli vode ka značajnom napretku. Česta je greška pomisliti da svaki naučnik odano brani sve svoje ideje. Vrlo često, naučnik koji se prvi doseti neke mogućnosti podvrgava svoju zamisao neosnovanoj ili preteranoj kritici, zato što bi on (ili ona) morao raditi dugo i naporno ili (još važnije) odustati od neke druge ideje ako bi za ovom prvom ozbiljno pošao.
     Desilo se, eto, da fizičari jesu bili imresionirani opštom teorijom relativnosti. Jedna grupa znalaca nastanjenih u Nemačkoj i drugde čula je za opštu teoriju relativnosti i došla do zaključka da je to važna i obećavajuća teorija znatno pre pohoda povodom pomračenja iz 1919. U ovoj grupi bili su ne samo Maks Born i Zomerfeld u Minhenu, Dejvid Hilbert u Getingenu, i Hendrik Lorenc u Lajdenu (sa svima njima Ajnštajn je bio u dodiru tokom rata), nego i Pol Lanžven (Paul Langevin) u Francuskoj i Artur Edington (Arthur Eddington) u Engleskoj, čovek koji je pokrenuo pohod povodom pomračenja 1919. godine. Poučno je videti kako je Ajnštajn od 1916. kandidovan za Nobelovu nagradu. Prvi put ga je nominovao Feliks Erenhaft (Felix Ehrenhaft) već godine 1916, i to za teoriju o Braunovom kretanju i za posebnu i opštu relativnost. Godine 1917. A. Has (A. Haas) ga je nominovao, predlažući da Ajnštajn tu nagradu dobije za opštu teoriju relativnosti i navodeći, kao dokaz, uspešno izračunavanje precesije Merkurove orbite. Te iste, 1917. godine Emil Varburg (Emil Warburg) nominovao je Ajnštajna, navodeći nekoliko njegovih doprinosa nauci, pa i opštu teoriju relativnosti. Još nekoliko predlagača nominovalo je Ajnštajna tokom godine 1918. sa sličnim obrazloženjima. Onda je Maks Plank, jedan od očeva moderne fizike, 1919. godine, i to četiri meseca pre pohoda povodom pomračenja, nominovao Ajnštajna za opštu teoriju relativnosti, primetivši tim povodom da je Ajnštajn "učinio prvi korak dalje od Njutna".
     Nemam nameru da ovim sugerišem da je svetska zajednica fizičara jednoglasno i bez rezerve stala na stranu opšte teorije relativnosti od početka. Nije. Na primer, Nobelov odbor je 1919. godine u svome izveštaju preporučio da se pričeka do 29. maja, dana pomračenja, pa tek potom da se donese odluka o opštoj relativnosti; a kad je Ajnštajnu konačno data Nobelova nagrada, godine 1921, nije eksplicitno rečeno da je to za teoriju bilo opšte, bilo posebne relativnosti, nego je sročeno ovako: "Za njegove doprinose teorijskoj fizici, a naročito za otkriće zakona o fotoelektričnom efektu".
     Nije stvarno mnogo važno ustanoviti tačno trenutak kad su fizičari postali 75% uvereni, ili 90% ili 99% uvereni da je opšta teorija relativnosti tačna. Za napredovanje fizike od bitnog značaja jeste ne zaključak da je neka teorija istinita, nego zaključak da neka teorija zaslužuje da se shvati ozbiljno - i da se predaje postdiplomcima, da se o njoj pišu udžbenici, a nadasve, da tu teoriju ugradiš u svoj sopstveni istraživački rad. Sa te tačke gledanja, najpresudniji rani preobraćenici koje je opšta teorija relativnosti osvojila (posle samog Ajnštajna) bili su oni britanski astronomi koji su stekli uverenje ne da je ta teorija istinita nego da je dovoljno verodostojna i lepa da njoj posvete jedan delić svojih istraživačkih karijera, kako bi bila proverena; oni su, u tom cilju, potegli na put iz Britanije do mesta udaljenih više hiljada kilometara, i posmatrali su pomračenje 1919. Ali još pre toga, pre nego što je opšta teorija relativinosti upotpunjena i pre nego što je Merkurova orbitalna precesija uspešno izračunata po njoj, lepota Ajnštajnovih ideja navela je Ervina Frojndliha (Erwin Freundlich) sa Kraljevske opservatorije u Berlinu da pripremi ekspediciju na Krim, koju je finansirao Krup, sa ciljem da osmatra pomračenje do koga je došlo 1914. godine. (Frojndlih nije uspeo obaviti posmatranja zbog rata - štaviše, u Rusiji je nakratko dopao i u zatvor; to mu je bila nagrada za uloženi trud.)
     Prijem na koji je nailazila opšta teorija relativnosti nije zavisio samo od opitnih podataka, niti, opet, samo od unutrašnjih kvaliteta te teorije, nego od zamršene mreže vršenja opita i teoretisanja. Ja sam ovde naglašavao teorijsku stranu, da bih napravio protivtežu naivnom prenaglašavanju opita. Naučnici i istoričari nauke odavno su odustali od starog gledišta Frensisa Bejkona (Francis Bacon) da naučne hipoteze treba razvijati strpljivim i nepristrasnim posmatranjem prirode. Očigledno je, i zaista je nesumnjivo, da Ajnštajn nije razvijao opštu teoriju relativnosti zureći u astronomske podatke. Pa ipak, i danas nalazimo da ljudi široko prihvataju uverenje Džona Stjuarta Mila (John Stuart Mill) da teorije možemo proveriti jedino posmatranjem. Dok je, kao što smo videli, proveravanje opšte teorije relativnosti u stvarnosti išlo kao nerazdvojan proces estetskih ocena i opita.
     U izvesnom smislu može se reći da je od samog početka postojala ogromna količina opitnih podataka u prilog teoriji relativnosti. U to spadaju posmatranja načina na koji Zemlja kruži oko Sunca i kako Mesec kruži oko Zemlje; isto tako, sva druga podrobna posmatranja Sunčevog sistema, čak i ona koja je vršio Tiho Brahe (Tycho Brache), pa i još ranija; a sva ta posmatranja već su bila objašnjena Njutnovom teorijom. Ovo može, na prvi pogled, izgledati kao vrlo neobična vrsta dokaza. Ne samo što sad navodimo kao dokaze za opštu teoriju relativnosti izračunavanje planetnih kretanja koje je bilo već obavljeno pre nego što je ta teorija nastala - nego i govorimo o astronomskim posmatranjima urađenim mnogo pre Ajnštajna i odavno objašnjenim pomoću druge teorije, Njutnove. Kako se bilo kakva predviđanja ili naknadni dokazi u prilog takvih posmatranja mogu predstaviti kao trijumf opšte teorije relativnosti?
     Da bismo ovo razumeli, moramo pažljivije osmotriti i Njutnovu i Ajnštajnovu teoriju gravitacije. Njutnova fizika jeste objasnila gotovo sva primećena kretanja u Sunčevom sistemu, ali za to je platila određenu cenu: morala se osloniti na jednu grupu polaznih pretpostavki koje su bile donekle proizvoljne. Na primer, pogledajte zakon koji kaže da se gravitaciona sila koju proizvodi bilo koje telo smanjuje upravo srazmerno povećanju kvadrata rastojanja od tog tela. U Njutnovoj teoriji ne postoji nikakav ubedljiv razlog zašto bi to morala biti baš ta veličina - rastojanje dignuto na kvadrat. Njutn je razvio zamisao o tome zato da bi objasnio već poznate činjenice o Sunčevom sistemu - na primer, Keplerovu relaciju između veličine planetnih orbita i vremena potrebnog da planete obiđu oko Sunca. Da nije bilo tih već izvršenih posmatranja, čovek bi mogao u Njutnovu teoriju uneti, umesto rastojanja dignutog na kvadrat, rastojanje dignuto na kub, ili dignuto na 2,01, bez i najmanje izmene u konceptualnom okviru teorije. Takva jedna promena bila bi samo menjanje jedne sporedne pojedinosti u teoriji. Ajnštajnova teorija bila je dalako manje proizvoljna, imala je daleko veću krutost. Kad se tela kreću polako kroz slaba gravitaciona polja, gde čovek može legitimno govoriti o običnoj gravitacionoj sili, opšta teorija relativnosti zahteva da sila privlačenja opada baš srazmerno kvadratu rastojanja. Ne postoji način da vi 'malo podesite' Ajnštajnovu teoriju i ugradite vrednost makar i malčice drugačiju, umesto kvadrata rastojanja, a da pri tom ne pogazite i najosnovnije postavke same teorije.
     Osim toga, kao što je Ajnštajn u svojim spisima veoma isticao, činjenica da dejstvo sile teže na mali predmet jeste srazmerno masi tog predmeta, ali ne zavisi ni od koje druge osobine tog predmeta, nekako se proizvoljno pojavljuje u Njutnovoj teoriji. Moglo je biti drugačije, moglo je dejstvo sile teže zavisiti bar donekle i od veličine, ili oblika, ili hemijskog sastava tog malog tela, a da se konceptualna osnova Njutnove teorije nimalo ne naruši. U Ajnštajnovoj teoriji, sila kojom gravitacija deluje na bilo koji predmet mora biti srazmerna njegovoj masi i nezavisna od ma koje druge osobine tog predmeta;Strogo uzev, ovo važi samo za male i spore predmete. Kod predmeta koji se kreće brzo, gravitaciono delovanje na njega zavisi i od njegovog impulsa. Iz tog razloga, gravitaciono polje Sunca može savijati zrake svetlosti, koji imaju impuls, ali nemaju masu. da nije tako, onda bi se gravitacione i inercione sile uravnoteživale različito kod raznih tela, pa se ne bi moglo govoriti o inercijalnom referentnom sistemu u kome nijedno telo ne oseća posledice gravitacije. Ovim bi bilo isključeno svako objašnjavanje gravitacije kao geometrijskog dejstva prostorvremenske zakrivljenosti. Prema tome, vidimo, još jednom, da Ajnštajnova teorija ima tu krutost koja je Njutnovoj nedostajala; zato je Ajnštajn mogao osetiti da je kretanje Sunčevog sistema objasnio bolje nego što je to Njutn uspeo.
     Na nesreću, ovu postavku o krutosti fizičkih teorija ne možemo jasno definisati. I Njutn i Ajnštajn su znali opšte odlike kretanja planeta pre nego što su formulisali svoje teorije; Ajnštajnu je bilo jasno da će morati da ugradi nešto nalik na zakon o kvadratu rastojanja da bi njegova teorija mogla uspešno ponoviti ono što je Njutn već dobro objasnio. Osim toga, bilo mu je vrlo jasno da će morati na kraju da ima gravitacionu silu srazmernu masi. Tek naknadno, kad mi gledamo celinu te teorije u njenom konačno razvijenom obliku, u mogućnosti smo da kažemo da je Ajnštajnova teorija objasnila to pravilo o kvadratu rastojanja i to drugo o srazmernosti gravitacione sile masi - jer ocenjujemo da bi Ajnštajnova teorija, da je bila nekako preoblikovana da dopusti neku alternativu pravilu o kvadratu rastojanja ili da dopusti nejednakost gravitacione mase i inercione mase, postala odmah nepodnošljivo ružna. I tako, opet nosimo sa sobom i estetske ocene i celokupno naše nasleđeno teorijsko blago kad ocenjujemo šta znače neki dobijeni podaci.

     Moja sledeća priča odnosi se na kvantnu elektrodinamiku - kvantnomehaničku teoriju o elektronima i svetlosti. Ona je, na neki način, naličje prve priče. Četrdeset godina je izdržala opšta teorija relativnosti kao široko prihvaćena ispravna teorija gravitacije, iako je imala na svojoj strani samo svoju neodoljivu lepotu i vrlo 'tanak' dokazni materijal. Nasuprot tome, za kvantnu elektrodinamiku postojalo je od samog početka veliko bogatstvo opitnih dokaza, ali je ona ipak posmatrana, dvadeset godina, sa nepoverenjem, i to zbog jedne unutrašnje teorijske protivurečnosti za koju se činilo da može biti razrešena samo na razne ružne načine.
     Kvantna mehanika primenjena je na električna i magnetna polja u jednom od prvih radova o ovoj oblasti, takozvanom 'radu trojice', čiji su autori bili Maks Born, Verner Hajzenberg i Paskval Žordan godine 1926. Oni su uspeli izračunati da energija i impuls električnih i magnetnih polja u zraku svetlosti dolaze u paketićima koji se ponašaju kao čestice; time su opravdali Ajnštajnovo uvođenje čestice svetlosti zvane foton iz 1905. godine. Drugi glavni sastojak kvantne elektrodinamike dao je Pol Dirak 1928. godine. Dirakova teorija je, u svom prvobitnom obliku, pokazivala kako se mogu elektroni opisivati terminima talasnih funkcija, a da to bude u skladu sa posebnom teorijom relativnosti. Jedna od najvažnijih posledica Dirakove teorije bila je to da za svaku vrstu naelektrisane čestice kao što je elektron mora postojati i druga vrsta sa istom masom ali suprotnim naelektrisanjem, za koju će se moći kazati da je antičestica. Antičestica elektrona otkrivena je 1932. godine i danas je za nju prihvaćeno ime 'pozitron'. Kvantna elektrodinamika korišćena je u poznim dvadesetim i ranim tridesetim godinama za izračunavanja u širokoj raznovrsnosti fizičkih procesa (kao što je rasejanje jednog fotona kad se sudari sa jednim elektronom, rasejanje jednog elektrona u sudaru sa drugim elektronom, potiranje, i proizvodnja jednog elektrona i jednog pozitrona istovremeno) sa ishodima koji su se, najčešće, izvrsno podudarali sa rezultatima opita.
     Pa ipak, sredinom tridesetih godina preovladalo je, kao standardna mudrost, uverenje da se kvantna mehanika ne može uzimati ozbiljno osim kao jedna približnost, koju treba pogledati samo kad su u pitanju reakcije fotona, elektrona i pozitrona dovoljno niske energije. Problem nije bio od one vrste koja se obično pojavljuje u popularnim istorijama nauke, u nepodudaranju teorijskih očekivanja i opitnih činjenica, nego je bio u jednoj upornoj unutrašnjoj protivurečnosti u samoj toj fizičkoj teoriji. Naime, u beskonačnostima.
     Primetili su ga, na različite načine, i Hajzenberg, i Pauli i švedski fizičar Ivar Valer (Ivar Waller), ali se on najjasnije, i na način ponajviše uznemiravajući, pojavio 1930. godine u jednom članku mladog američkog teoretičara po imenu Džulius Robert Openhajmer (Julius Robert Oppenheimer). Openhajmer se trudio da izračuna, pomoću kvantne elektrodinamike, jedno istančano dejstvo u vezi sa energijama atoma. Može se, naime, dogoditi da elektron u jednom atomu emituje česticu svetlosti, dakle foton, zatim da neko vreme nastavi kretanje po svojoj orbiti, a onda da ponovo apsorbuje taj isti foton, kao kad u američkom ragbiju četvrt-bek sam sustigne i uhvati loptu koju je bacio daleko napred. Taj foton nijednog trenutka ne iziđe iz tog atoma; ostaje unutra, u njemu, a svoje prisustvo odaje samo posredno, tako što deluje na izvesne odlike atoma, kao što su energija i magnetno polje. (Za takve fotone se kaže da su virtuelni.) Po pravilima kvantne elektrodinamike, ovaj proces dovodi do promene energije tog atomskog stanja. Ova promena može se izračunati sabiranjem beskonačnog broja zasebnih doprinosa. Po jedan doprinos mora se dati za svaku moguću vrednost energije koju može imati taj virtuelni foton; ali nema nikakvih ograničenja njegove energije. Openhajmer je u svom izračunavanju ustanovio da, pošto u taj zbir ulaze doprinosi od fotona neograničeno visoke energije, i sam zbir postaje, dabome, beskonačno veliki, što vodi do beskonačno velikog povećanja energije atoma.Nije svaki zbir beskonačnog broja sabiraka beskonačan. Na primer, iako zbir 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 +... jeste beskonačan, zbir 1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + ... nije beskonačan nego iznosi tačno 2, a to vam je vrednost sasvim konačna. Viša energija odgovara kraćim talasnim dužinama; pošto ultraljubičasta svetlost ima kraću talasnu dužinu nego vidljiva svetlost, ova beskonačnost postala je poznata pod imenom 'ultraljubičasta katastrofa'.

    Tokom tridesetih i ranih četrdesetih godina dvadesetog veka među fizičarima je vladalo slaganje oko toga da pojava ultraljubičaste katastrofe u Openhajmerovim i drugim sličnim izračunavanjima pokazuje da naprosto ne možemo u postojeću teoriju elektrona i fotona verovati kada su u pitanju čestice sa energijama iznad nekoliko miliona volti. Najistaknutiji zastupnik ovog gledišta bio je sam Openhajmer, delimično i zbog toga što je bio vođa jedne grupe za proučavanje kosmičkih zraka, čestica visoke energije koje stižu iz kosmosa, zaleću se u Zemljinu atmosferu i silovito 'oru' kroz nju; Openhajmerova izučavanja načina na koji te čestice kosmičkih zraka stupaju u međudejstvo sa atmosferom pokazivala su da se nešto čudno dešava sa česticama visoke energije. A zaista se i dešavalo nešto čudno, ali ne zbog nekog sloma kvantne teorije elektrona i fotona, nego zato što su se tu proizvodile čestice novog tipa, čestice za koje danas imamo naziv 'muoni'. Ali čak i kad je ova zabuna sasvim raščišćena godine 1937, otkrićem muona, opšteprihvaćeno uverenje bilo je da kvantna elektrodinamika počinje negde da greši čim je primenimo na elektrone i fotone visoke energije.
     Problem ovih beskonačnosti mogao je biti presečen grubom silom - naime, ljudi su mogli naprosto izreći dekret, svoju jednostranu 'odluku', da elektroni mogu emitovati i apsorbovati samo fotone sa energijama ispod neke granične vrednosti. Svi uspesi koje je kvantna elektrodinamika u tridesetim godinama postigla objašnjavajući međudejstva elektrona i fotona odnosili su se na fotone niskih energija; bilo je, dakle, moguće da sačuvamo te uspehe tako što ćemo pretpostaviti da postoji neka gornja granica, dovoljno visoka, recimo 10 miliona volti. Određujući neku takvu granicu energiji virtuelnih fotona, mogli smo postići da kvantna elektrodinamika predviđa samo vrlo male energetske pomake atoma. Niko u to doba nije mogao meriti energije atoma dovoljno tačno da bi ustanovio da li se taj veoma maleni pomak zaista događa ili ne; dakle, nije se imalo šta pričati o podudaranju ili nepodudaranju sa rezultatima opita. (Zapravo, kvantna elektrodinamika bila je posmatrana sa toliko pesimizma, da niko nije ni pokušao da izračuna koliko bi tačno mogao iznositi taj maleni pomak u energiji.) Nevolja sa ovim rešenjem problema pomenutih beskonačnosti bila je ne u nekom neskladu sa ishodima opita nego u činjenici da bi takvo rešenje bilo odveć proizvoljno i ružno - toliko da niko nije mogao da podnese ni samo razmišljanje o takvom nečem.
     U fizičkoj literaturi iz tridesetih i četrdesetih godina dvadesetog veka možete naći čitave hrpe drugih ponuđenih, takođe neukusnih rešenja za problem tih beskonačnosti; bilo je čak i teorija da se beskonačnost stvorena emitovanjem i reapsorbovanjem visokoenergetskog fotona odmah potire nekim drugim procesima koji imaju negativnu verovatnoću. Pominjati 'negativnu verovatnoću' u ovom smislu reči predstavlja, naravno, čisti besmislicu; činjenica da je neko pokušao i to uvesti u fiziku samo je mera očajanja koje su ljudi nad tim problemom osećali.
     Na kraju je, u poznim četrdesetim godinama dvadesetog veka, izronilo pravo rešenje, ali ono je bilo daleko prirodnije i daleko manje revolucionarno. Sada se priča i prepričava kao dobra šala da je rešenje došlo naučnicima bukvalno u glavu - i to glavu ovna; jer, nađeno je početkom juna 1947. godine na konferenciji u jednom hotelu koji se zove 'Ovnujska glava' na ostrvu Šelter, nedaleko od obale Long Ajlenda. Ova konferencija organizovana je da bi se našli u istoj prostoriji oni fizičari koji su, posle ratnih godina, bili spremni da počnu iznova razmišljati o temeljnim problemima fizike. Po rezultatima koji su na njoj postignuti, bila je to najvažnija konferencija fizičara posle one 'konferencije Solvej' u Briselu na kojoj su Ajnštajn i Bor vodili bitku o budućnosti kvantne mehanike, petnaest godina ranije.
     Među fizičarima na ostrvu Šelter bio je i Vilis Lemb (Willis Lamb), mladi eksperimentator sa Univerziteta Kolumbija. Upotrebom mikrotalasne radarske tehnologije razvijene u vreme rata, Lemb je neposredno pre konferencije uspeo da tačno izmeri onaj efekat koji je Openhajmer izračunao 1930. godine, dakle pomak energije vodonikovog atoma zbog emitovanja i reapsorbovanja fotona. Ovaj pomak od tada se zove Lembov pomak. Rešenje koje je tad nađeno određuje putanju fizike sve do danas.
     Nekoliko teoretičara već je, pre dolaska na konferenciju, doznalo za Lembov rezultat. Oni su stigli na konferenciju naoružani jednom idejom o tome kako bi se Lembov pomak mogao izračunati upotrebom načela kvantne elektrodinamike uprkos problemu sa beskonačnostima. Razmišljali su ovako: pomak u energiji jednog atoma, nastao zbog emisije i reapsorpcije jednog fotona, nije stvarno opaziva veličina; jedino je opaziva ukupna energija atoma, a ona se izračunava tako što se ovaj energetski pomak sabere sa energijom koju je 1928. godine izračunao Dirak. Ta ukupna energija zavisi od gole mase i od golog naelektrisanja elektrona. To su masa i naelektrisanje koji se pojavljuju u jednačinama kvantne teorije pre nego što se počnemo brinuti o emitovanju i reapsorbovanju fotona. Ali slobodni elektroni, a isto tako i elektroni u atomima, stalno emituju i reapsorbuju fotone, što stalno utiče na elektronovu masu i na elektronovo naelektrisanje; iz ovoga sledi da gola masa i golo naelektrisanje nisu isti kao izmerena masa elektrona i izmereno naelektrisanje elektrona koje vidimo zapisane u tablicama elementarnih čestica. Zapravo, da bismo objasnili te opažene veličine (koje su, dabome, konačne) - masu i naelektrisanje elektrona - moramo uvideti da su gola masa i čisti naboj elektrona beskonačni. Ukupna energija jednog atoma je, dakle, zbir dve veličine, obe beskonačne: čiste energije, koja je beskonačna zato što zavisi od beskonačne čiste mase i od naelektrisanja, kao i od onog energetskog pomaka koji je Openhajmer izračunao, a koji je beskonačan zato što prima energiju od virtuelnih fotona koji imaju beskonačnu energiju. Time se došlo do pitanja: da li je moguće da se te dve beskonačnosti međusobno poništavaju i da ostavljaju jednu konačnu energiju kao svoj zbir?
     Na prvi pogled, odgovor je moralo biti jedno obeshrabrujuće 'ne'. Ali Openhajmer je iz svojih proračuna nešto izostavio. Taj energetski pomak dobija priloge ne samo od onih procesa u kojima elektron emituje jedan foton, pa ga onda ponovo apsorbuje, nego i iz onih procesa u kojima se jedan pozitron, jedan foton i još jedan elektron pojavljuju spontano iz praznog prostora, posle čega taj foton biva apsorbovan prilikom anihilacije pozitrona i prvobitnog elektrona. Zapravo, ovaj bizarni proces se mora uključiti u izračunavanje, da bi konačno rešenje o energiji tog atoma zavisilo od brzine atoma na tačno onaj način na koji to nalaže posebna teorija relativnosti. (Eto jednog primera za istinu koju je Dirak otkrio još mnogo ranije: naime, da kvantnomehanička teorija atoma jeste u saglasnosti sa posebnom teorijom relativnosti samo ako sadrži u sebi i pozitron, antičesticu elektrona.) Jedan od teoretičara na ostrvu Šelter bio je Viktor Vajskopf (Victor Weisskopf), koji je još 1936. godine izračunao energetski pomak koji bi trebalo da proističe iz ovog pozitronskog procesa, i ustanovio da njime može, zamalo, da poništi onu beskonačnost koju je Openhajmer našao.Budimo malo konkretniji: zahvaljujući uključenju pozitronskog procesa, zbir energija počao se ponašati kao niz 1 + 1/2 + 1/3 + ... umesto kao niz 1 + 2 + 3 + 4... Oba ta zbira su beskonačna, ali je prvi manje beskonačan od drugog, u smislu da je potrebno manje napora da izračunamo šta sa njim da radimo. Nije bilo mnogo teško pogoditi da, ako čovek uzme u obzir ne samo pozitronski proces nego i razliku između elektronove gole mase i golog naelektrisanja i njihovih uočenih iznosa, beskonačnosti u tom energetskom pomaku mogu da se sasvim ponište.
     Iako su i Openhajmer i Vajskopf prisustvovali konferenciji na ostrvu Šelter, teoretičar koji je prvi izračunao Lembov pomak bio je Hans Bete (Hans Bethe), već proslavljen zbog svog rada u nuklearnoj fizici, a naročito zbog radova u tridesetim godinama, kad je opisao lance nuklearnih reakcija koji dovode do toga da zvezde sijaju. Gradeći dalje na idejama o kojima se govorilo na ostrvu Šelter, Bete je u vozu, na povratku sa ostrva Šelter, načinio jedan grub proračun o sada izmerenom Lembovom energetskom pomaku. Bete, doduše, još nije imao na raspolaganju zaista delotvorne tehnike kojima bi uključio u svoje izračunavanje i pozitron i druge posledice posebne teorije relativnosti, pa je njegov rad u vozu bio poprilično sličan Openhajmerovom radu sedamnaest godina pre toga. Ali razlika je postojala, a sastojala se u tome što je Bete sada, dolazeći do bilo koje beskonačnosti, izbacivao ono što energetskom pomaku doprinose emisije i reapsorpcije visokoenergetskih fotona (pretpostavio je, donekle proizvoljno, da gornja granica moguće energije fotona jeste ona energija koja je sadržana u elektronovoj masi), pa je zato i dobio jedan konačan rezultat, koji nije bio mnogo daleko od Lembovog merenja. Maltene je mogao i Openhajmer isto to izračunati 1930. godine; maltene - ali nije. Tek je hitnost jednog opitnog rezultata koji je sad trebalo objasniti, udružena sa ohrabrujućim idejama koje su bile svuda u vazduhu na konferenciji na ostrvu Šelter, konačno naterala nekoga da navali na posao i izgura ta izračunavanja do kraja.
     Uskoro potom, fizičari su izračunali Lembov pomak tačnije, uzimajući u obzir i pozitrone i druga relativistička dejstva. Važnost ovih izračunavanja nije bila toliko u njihovom tačnijem rezultatu, koliko u činjenici da je problem onih beskonačnosti ukroćen; došlo se do načina da se te beskonačnosti ponište, a da se pri tome ne moraju proizvoljno izbacivati doprinosi visokoenergetskih virtuelnih fotona.
     Kao što Niče (Nietzsche) kaže, 'Ono što nas nije ubilo, ojačalo nas je'. Kvantnu elektrodinamiku zamalo da ubije problem tih beskonačnosti; spasena je idejom da beskonačnosti mogu da budu poništene opisanim postupkom redefinicije ili renormalizacije elektronove mase i elektronovog električnog naboja. Ali da bi se problem tih beskonačnosti tako rešio, potrebno je da se one pojavljuju u izračunavanjima samo na nekoliko vrlo ograničenih načina, što je moguće samo u jednoj ograničenoj klasi teorija izuzetno jednostavnih kvantnih polja. Za takve teorije kažemo da su renormalizabilne. Najjednostavnija verzija kvantne elektrodinamike renormalizabilna je u ovom smislu reči, ali i najmanja promena ma koje vrste uneta u takvu teoriju pokvarila bi ovaj ishod, odvela bi do neke teorije u kojoj se te beskonačnosti ne bi mogle međusobno poništiti nikakvim redefinisanjem konstanti same teorije. Otud je ta teorija bila ne samo matematički zadovoljavajuća i usaglašena sa razultatima opita, nego je, činilo se, sadržala u samoj sebi i objašnjenje zašto jeste takva kakva jeste: zato što bi i najmanja izmena u njoj vodila ne samo ka neslaganju sa opitom, nego i ka rezultatima koji su sasvim besmisleni - ka beskonačnim odgovorima na sasvim razumna pitanja.
     Izračunavanja Lembovog pomaka u godini 1948. bila su još strašno složena zato što su, iako su sad uključivala i pozitrone, davala Lembov pomak kao zbir iznosa koji, svaki ponaosob, krše posebnu teoriju relativnosti, ali kad se saberu daju konačan odgovor koji jeste u saglasnosti sa teorijom relativnosti. Nezavisno su Ričard Fajnmen (Richard Feynman), Džulijan Švinger (Julian Schwinger) i Sinitiro Tomonaga (Sinitiro Tomonaga) krenuli da razvijaju mnogo jednostavnije postupke izračunavanja, i to izračunavanja koje će pri svakom koraku biti u skladu sa teorijom relativnosti. Te svoje tehnike iskoristili su da izvrše i neka druga izračunavanja, postižući, ponekad, spektakularno dobru podudarnost sa obavljenim opitima. Na primer, elektron ima svoje majušno magnetno polje; prvi ga je izračunao Dirak godine 1928, oslanjajući se na svoju relativističku kvantnu teoriju elektrona. Neposredno posle konferencije na ostrvu Šelter, Švinger je objavio rezultate jednog svog približnog izračunavanja koliko bi, zbog tih procesa u kojima se virtuelni foton emituje i reapsorbuje, trebalo da bude promenjena snaga magnetnog polja elektrona. Od tog doba pa do danas ovo izračunavanje je neprestano usavršavano, i današnji je rezultat sledeći: magnetno polje elektrona pojačava se, zbog raznih fotonskih emisija, reapsorpcija i sličnih dejstava, za činilac 1,00115965214 (sa nesigurnošću koja iznosi otprilike 3 u poslednjoj brojki) u odnosu na staro Dirakovo predviđanje u kome su te fotonske emisije i reapsorpcije bile zanemarivane. Približno u isto vreme kad je Švinger obavljao svoja izračunavanja, vršio je opite I. I. Rabi (I. I. Rabi) sa svojom grupom na Kolumbiji, i dokazao da je magnetno polje elektrona odista malčice veće nego što je stari Dirakov proračun predvideo; a to 'malčice' ispalo je taman koliko je Švinger izračunao. Najnoviji opitni rezultati pokazuju da je magnetno polje elektrona jače od Dirakove vrednosti za činilac 1,001159652188, sa nesigurnošću koja iznosi otprilike 4 u poslednjoj brojki. Ovo numeričko podudaranje između teorije i opita možda je najupečatljivije u sveukupnoj nauci.
     Posle takvih uspeha, nije nikakvo čudo da je kvantna mehanika, u svojoj jednostavnoj renormalizabilnoj verziji, postala opšteprihvaćena kao tačna teorija fotona i elektrona. Ipak, i posle uspeha teorije na takvim opitnim oprobavanjima, i posle nalaženja načina da se sve te beskonačnosti međusobno ponište ako se njima rukuje korektno, činjenica da se jednog trenutka pojavljuju nekakve beskonačnosti izaziva i dalje nova gunđanja protiv kvantne elektrodinamike i sličnih teorija. Naročito se u tome isticao Dirak, koji je govorio da kad izvršimo renormalizaciju, mi samo pometemo beskonačnosti pod tepih. Ja se po tom pitanju nisam slagao sa Dirakom i raspravljao sam se sa njim o ovome na konferencijama u Koral Gejblsu i na jezeru Konstans. Uzimanje u obzir razlike između golog naelektrisanja i čiste mase elektrona i izmerenih vrednosti mase i naelektrisanja elektrona nije samo trik izmišljen da se otarasimo onih beskonačnosti; to je nešto što se u svakom slučaju moralo uraditi, čak i da je sve od samog početka bilo konačno. U toj proceduri nema ničeg proizvoljnog i ničeg ad hoc; tu je naprosto reč o korektnom prepoznavanju šta mi to, zapravo, merimo kad u laboratoriji merimo masu i naelektrisanje elektrona. Ja nisam video šta je tako strašno u beskonačno velikoj goloj masi i beskonačno velikom golom naelektrisanju, ako se na kraju dobiju za te veličine rezultati koji su konačni, nedvosmisleni i u saglasnosti sa opitima. Meni se činilo da teorija koja je tako spektakularno uspešna kao što to kvantna elektrodinamika jeste, mora biti manje-više tačna, iako je moguće da je mi još nismo formulisali na pravi način. Ali ovi argumenti nisu nimalo uticali na Diraka. Nisam se složio sa njegovim stavom prema kvantnoj elektrodinamici, ali nisam ni mislio da je to kod njega samo neka puka tvrdoglavost; zahtev da teorija bude u svojoj celosti konačna sličan je mnogim drugim estetskim sudovima koje su teorijski fizičari uvek morali donositi.

     Moja treća priča u vezi je sa razvijanjem i konačnim prihvatanjem moderne teorije o slaboj nuklearnoj sili. Ova sila nije u svakodnevnom životu onako važna kao što su važne električna, magnetna ili sila teže, ali ona ima ključnu ulogu u onim lancima nuklearnih reakcija koji stvaraju energiju i proizvode razne hemijske elemente u jezgrima zvezda.
     Slaba nuklearna sila se prvi put pojavila kad je Anri Bekerel otkrio radioaktivnost godine 1896. Kasnije, tokom tridesetih godina dvadesetog veka, postalo je jasno da u onoj vrsti radioaktivnosti koju je Bekerel otkrio, a koja se zove beta raspad, slaba nuklearna sila dovodi do toga da se u jezgru atoma jedan neutron pretvori u proton, stvarajući pri tome jedan elektron i još jednu česticu, koja je danas poznata kao antineutrino; te dve bivaju 'ispljunute' iz jezgra. Ovo je nešto što se ne sme dogoditi delovanjem ma koje druge sile: nije dozvoljeno. Jaka nuklearna sila, koja drži protone i neutrone na okupu, u jezgru, kao i elektromagnetna sila, koja pokušava prisiliti protone u jezgru da se odgurnu jedan od drugoga, jesu sile koje ne mogu promeniti identitet tih čestica, a gravitaciona sila svakako ne čini ništa slično; preme tome, kad je primećeno da se neki neutroni pretvaraju u protone ili obratno, bio je to nagoveštaj da bi u prirodi mogla postojati još jedna, nova vrsta sile. Kao što joj ime kaže, slaba nuklearna sila je slabija od elektromagnetne i slabija od jake nuklearne sile. Ovo se pokazuje, na primer, kroz činjenicu da je nuklearni beta raspad tako spor; najbrži nuklearni beta raspadi traju, u proseku, jedan stoti deo sekunde, a to je zaista ležerno i dremljivo u poređenju sa tipičnim trajanjem procesa koje izaziva jaka nuklearna sila, obavljajući posao za jedan milioniti deo milionitog dela milionitog dela milionitog dela sekunde - odnosno, iskazano razlomkom, jedan kroz milion miliona miliona miliona.
     Godine 1933. Enriko Fermi (Enrico Fermi) načinio je prvi značajan korak prema teoriji ove nove sile. U njegovoj teoriji, slaba nuklearna sila ne deluje iz daljine, kao gravitaciona, električna ili magnetna; umesto toga, ona preobrati jedan neutron u jedan proton, jedan elektron i jedan antineutrino, i to sve trenutno i sve u jednoj jedinoj, istoj tački u prostoru. Usledilo je četvrt veka mukotrpnog vršenja opita, ne bi li se nekako pohvatali svi 'nevezani krajevi kanapa' koji su iz Fermijeve teorije stršili na sve strane. Najglavnije od tih nerešenih pitanja bilo je: kako slaba sila zavisi od relativne orijentacije spinova onih čestica koje su u taj događaj umešane. Godine 1957. ovo je rešeno, i Fermijeva teorija o slaboj nuklearnoj sili dobila je svoj konačni oblik.
     Posle ovog proboja postignutog 1957. godine, moglo se kazati da više nema nepravilnosti u našem razumevanju slabe nuklearne sile. Pa ipak, iako smo imali teoriju koja je uspešno objašnjavala sve što se opitima utvrdilo o slaboj nuklearnoj sili, fizičari su (većina njih) i dalje smatrali da je to veoma nezadovoljavajuća teorija. Zato smo nastavili rad, mnogi od nas, pokušavajući da tu teoriju nekako očistimo i da je prisilimo da zazvuči razumno.
     Stvari koje su u Fermijevoj teoriji škripale bile su teorijske, ne opitne. Kao prvo, iako je ova teorija dobro radila kod nuklearnog beta raspada, pri pokušaju da se primeni na neke egzotičnije procese davala je besmislene rezultate. Teoretičari postave savršeno razumno pitanje - na primer, kakva je verovatnoća da se jedan neutrino u sudaru sa drugim neutrinom raseje; prionu na posao, obave izračunavanja (uzimajući u obzir emisiju i reapsorpciju jednog neutrona i jednog antiprotona) i dobiju kao odgovor nešto beskonačno veliko. Samo, da se razumemo, niko nije obavljao takve opite; ali izračunavanja su davala rezultate koji ni slučajno ne bi mogli nikakvim opitom biti potvrđeni kao istiniti. Kao što smo ranije videli, neke slične beskonačnosti iskrsavale su u teoriji elektromagnetnih sila koju su dali Openhajmer i drugi početkom tridesetih godina dvadesetog veka, ali krajem četrdesetih teoretičari su našli da se sve takve beskonačnosti u kvantnoj elektrodinamici mogu poništiti ako se masa i naboj elektrona definišu kako valja, odnosno 'renormalizuju'. Kako se naše znanje o slaboj sili povećavalo, postajalo je sve jasnije da se beskonačnosti u Fermijevoj teoriji slabe sile ne mogu tako poništavati; ta teorija nije bila renormalizabilna.
     Druga stvar koja u njoj nije valjala bilo je prisustvo velikog broja proizvoljnih elemenata. Osnovni oblik slabe sile bio je manje-više shvaćen već iz samih opita, i mogao je biti i sasvim drugačiji, a da se ne naruši nijedno poznato načelo fizike.
     Ja sam na teoriji slabih sila radio, sa prekidima, još od kad sam položio maturu, ali zadesilo se da sam godine 1967. radio, umesto toga, na jakim nuklearnim silama, a to su one koje drže neutrone i protone zajedno u atomskom jezgru, na okupu. Pokušavao sam da razvijem jednu teoriju jakih sila zasnovanu na analogiji sa kvantnom elektrodinamikom. Smatrao sam da bi razlika između jakih nuklearnih sila i elektromagnetizma možda mogla da se objasni pomoću jedne pojave koja je poznata kao razbijena simetrija o kojoj ću govoriti kasnije. Nije uspevalo. Zašao sam u razrađivanje nekakve teorije koja nije nimalo ličila na ono što smo opitima doznali o jakim silama. Onda mi je najednom palo na pamet da te moje ideje, iako se pokazalo da u oblasti jakih sila nisu nizašta, daju matematičku osnovu za jednu teoriju slabe nuklearne sile, teoriju pomoću koje čovek može postići šta god želi. Uočio sam priliku da razvijem teoriju slabe sile analognu kvantnoj elektrodinamici. Baš kao što elektromagnetnu silu između udaljenih naelektrisanih čestica izaziva razmena fotona, tako i slaba sila ne bi delovala cela odjednom u jednoj tački prostora (kao kod Fermija) nego bi bila izazvana razmenom čestica sličnih fotonu između dvaju čestica koje se nalaze na dva razna mesta. Te nove čestice nalik fotonu ne bi mogle biti bez mase, kao što foton jeste (jer, kao prvo, da su bile bez mase bile bi otkrivene odavno), ali ja sam ih uveo u teoriju na način toliko sličan ulaženju fotona u kvantnu elektrodinamiku da se, po mom mišljenju, teorija mogla posle renormalizovati u istom smislu kao kvantna elektrodinamika - naime, kad iskrsnu beskonačnosti, ja ih poništavam redefinisanjem masa i drugih veličina u teoriji. Štaviše, moja teorija bila bi u veoma velikoj meri 'sputana', odnosno vezana svojim sopstvenim osnovnim načelima, tako da bi se izbegla glavnina proizvoljnosti ranijih teorija.
     Razradio sam jedno određeno, konkretno izvođenje ove teorije - što će reći, jedan određeni skup jednačina koje određuju kako će se čestice ponašati u međusobnim reakcijama; postavio sam ih tako da Fermijeva teorija ostane kao približno tačno rešenje za niže energije. Ispalo je da sam, radeći ovo, počeo da radim i nešto što mi uopšte nije bila u početku namera: da pravim teoriju ne samo slabih sila zasnovanu na analogiji sa elektromagnetizmom, nego objedinjenu teoriju slabih i elektromagnetnih sila, koja će pokazati da su te dve vrste sila, zapravo, samo vidovi jedne iste sile, koja je kasnije dobila naziv elektroslaba. Foton, ta temeljna čestica čije emitovanje i apsorbovanje prouzrokuje pojavu elektromagnetnih sila, sad se našao udružen u čvrsto spletenu grupu, ili porodicu, drugih sličnih, nalik njemu, čije je postojanje moja teorija predvidela: u toj grupi bile su naelektrisane 'W' čestice čijom se razmenom proizvodi slaba sila beta radioaktivnosti, pa jedna neutralna (nenaelektrisana) čestica kojoj sam dao naziv 'Z', a o kojoj ću govoriti kasnije. (Čestice 'W' bile su već stara priča, odavno su se pominjale u svakojakim nagađanjima o slabim silama; slovo 'W' je prvo slovo engleske reči za 'slab' /weak/. A slovo 'Z' sam odabrao za novog brata (ili sestru) ovih čestica zato što ta čestica ima električni naboj 'nula' /zero/, kao i zato što je 'Z' poslednje slovo u engleskoj abecedi, a ja sam se nadao da će to biti poslednja čestica u toj porodici.) U suštini istu ovu teoriju razradio je sasvim nezavisno godine 1968. pakistanski fizičar Abdus Salam (Abdus Salam), radeći u Trstu, u Italiji. Pojedine vidove ove teorije nagovestili su u svojim radovima još ranije Salam i Džon Vord (John Ward), a još ranije, moj drug iz srednje škole, a kasnije kolega u studentskim danima na Univerzitetu Kornel, Šeldon Glešou (Sheldon Glashow).
     Ovo ujedinjenje slabe i elektromagnetne sile bilo je baš dobro, u svom skromnom obimu i dometu. Čovek uvek voli da objašnjava sve veći i veći broj različitih stvari pomoću sve manjeg i manjeg broja ideja, mada ja, kad sam počinjao, zaista nisam znao da na tu stranu idem. Ali godine 1967. ta moja teorija nije dala baš nikakvo objašnjenje ni za jednu od eksperimentalno ustanovljenih nepravilnosti u fizici slabih sila. Ta teorija nije objasnila nijednu već postojeću opitnu činjenicu koju već nije objasnila Fermijeva teorija pre nje. I, dodaću, elektroslaba teorija nije privukla gotovo nikakvu pažnju u početku. Ali ne verujem da su drugi fizičari pokazali tako slabo zanimanje samo zato što nije imala nikakvu opitnu podršku. Njima je podjednako značajno bilo to što su ostala otvorena neka čisto teorijska pitanja, o unutrašnjoj doslednosti moje teorije.
     I Salam i ja smo izrazili naša uverenja da će ova teorija odstraniti problem beskonačnosti kod slabih sila. Ali nismo bili dovoljno bistri da to i dokažemo. Godine 1971. dobio sam jedan probni otisak iz štamparije, od mladog postdiplomca na Univerzitetu Utreht u Holandiji po imenu Gerard 't Huft (Gerard 't Hooft). U svom članku 't Huft je tvrdio da je pokazao da je problem tih beskonačnosti u elektroslaboj teoriji zaista rešen; one će se zaista međusobno poništiti, dok izračunavamo opazive veličine, baš kao što se međusobno poništavaju u kvantnoj elektrodinamici.
     Ja u prvi mah nisam mnogo verovao tom 't Huftovom tekstu. Nikad nisam za tog momka dotad čuo, a osim toga, on je u svom radu upotrebio jedan matematički metod na koji sam odranije gledao sa nepoverenjem. (Taj metod svojevremeno je razvio Fajnmen.) Malo kasnije čuo sam da je teoretičar Ben Li (Ben Lee) prihvatio 't Huftove ideje i dao se na posao da postigne iste rezultate pomoću konvencionalnijih matematičkih metoda. Poznavao sam Bena Lija i visoko sam ga poštovao - pa sam rešio: ako on shvata tog 't Hufta ozbiljno, onda ću i ja. (Ben je kasnije postao moj najbolji prijatelj i saradnik u fizici. Tragično je poginuo u automobilskoj nesreći godine 1977.) Posle ovoga, pomnije sam osmotrio šta je to 't Huft uradio, i tada sam uvideo da je on zaista našao ključ za dokazivanje da će se te beskonačnosti međusobno potirati.
     Posle 't Huftovog rada, elektroslaba teorija, iako još nije imala ni najmanju mrvicu opitne potvrde, počela je da 'uzleće', da postaje deo radnog programa fizike. U ovom slučaju moguće je prilično tačno odrediti nivo zanimanja za jednu naučnu teoriju, zato što je Institut za naučne informacije (ISI - Institute for Scientific Information) objavio pregled koliko puta je moj prvi rad o elektroslaboj sili naveden u radovima drugih naučnika, kao primer kako je analiza navođenosti korisno sredstvo za osvetljavanje istorije nauke. Taj moj rad napisan je 1967, a navođen je godine 1967, 1968. i 1969. nula puta. (Tokom tog vremena Salam i ja smo se upinjali da dokažemo ono što je tek 't Huft dokazao - naime, da je ta teorija oslobođena beskonačnosti.) Godine 1970. neko je, ne znam ko, naveo elektroslabu teoriju jednom. Godine 1971, kad je 't Huftov rad izišao iz štampe, moj rad iz 1967. naveden je tri puta; jedan od tih navoda bio je u radu samog 't Hufta. Godine 1972, iako još nije bilo nikakvih opitnih potvrda, pomenut je u šezdeset sedam radova drugih naučnika. Godine 1973, 165 puta - i to se tako povećavalo, postupno, sve do 1980. godine kad su ga naveli u 330 radova. Jedna nedavna studija koju je uradio ISI pokazala je da je taj moj rad o elektroslaboj sili najnavođeniji rad o fizici elementarnih čestica koji se pojavio u poslednjih pola veka.
     Proboj koji je u prvi mah uzbudio fizičare ogledao se u tome što su oni uvideli da elektroslaba teorija jeste rešila jedan interni konceptualni problem fizike čestica, onaj sa beskonačnostima u slabim nuklearnim silama. Ali godine 1971. i 1972. nije bilo baš ni trunčice opitnog dokaza da je ta teorija bolja od stare Fermijeve.
     Onda su opitni dokazi ipak počeli priticati. Razmenjivanje 'Z' čestice moralo je dovesti do jedne nove vrste slabe nuklearne sile, koja je postala poznata kao slaba neutralna struja, a to se moralo pokazati tako što bi jezgra običnih atoma rasipala mlazeve neutrina. (Termin 'neutralna struja' ovde je upotrebljen zato što se u tim procesima ne događa nikakva razmena naelektrisanja između jezgara i drugih čestica.) Preduzeti su opiti sa ciljem da se zaviri u eventualno postojanje takvog rasejanja neutrina, u laboratoriji CERN (to je skraćenica za naziv zajedničke evropske laboratorije u Ženevi: Conseil EuropeQn de Recherches NuclQaires). Kao i u Fermilabu, koji je blizu Čikaga. Za ovo je bio potreban jak podstrek. Za svaki takav opit neophodna je saradnja trideset do četrdeset fizičara. Ne upuštaju se oni lako u takve poduhvate, ako nemaju jasnu predstavu o tome šta žele postići. Otkriće slabih neutralnih struja prvi put je oglašeno godine 1973. u CERN-u, a posle izvesnog oklevanja, i u Fermilabu. Posle 1974, kad su i Fermilab i CERN složno potvrdili da slabe neutralne struje postoje, u naučnom svetu je preovladalo, bar kod većine naučnika, uverenje da je elektroslaba teorija istinita. U Stokholmu je dnevni list 'Dagens Niheter' čak objavio, godine 1975, da ćemo Salam i ja dobiti Nobelovu nagradu za fiziku. (Ali nismo.)
     Čovek bi se mogao zapitati zašto je elektroslaba teorija prihvaćena tako brzo i široko. Pa, naravno, zato što je predvidela neutralne struje, a onda su one nađene. Zar nije to način na koji sve teorije bivaju prihvaćene? Mislim da ne valja davati tako jednostavan odgovor na pitanja te vrste.
     Kao prvo, neutralne struje nisu bile ništa novo u spekulacijama o slabim silama. Jednom prilikom tražio sam tragove tih razmišljanja, idući unazad, kroz dokumente iz ranijih vremena, i našao da su neutralne struje pominjali još Džordž Gamov (George Gamow) i Edvard Teler (Edward Teller) godine 1937; tada su oni, polazeći od prilično ubedljivih argumenata, predvideli da će neutralne struje biti nađene. Bilo je čak i ranijih opitnih dokaza u prilog neutralnim strujama, u šezdesetim godinama dvadesetog veka, ali niko nije u to poverovao; eksperimentatori koji su nalazili dokaze za takve slabe struje uvek su saopštavali da je to bio neki element 'u pozadini', 'šum'. Jedino što je 1973. godine bilo novo, a eksperimentatorima veoma značajno, bila je prognoza da snaga neutralne struje mora biti unutar jednog određenog raspona. Na primer, u jednoj vrsti neutrinske reakcije, dejstva neutralnih struja morala bi imati snagu koja bi iznosila 15% do 25% snage običnih slabih sila. Ovo predviđanje omogućilo je da se podesi stepen osetljivosti instrumenata potreban u opitnom traganju za tom pojavom. Ali ono što je zaista presudno delovalo godine 1973. bila je unutrašnja 'prinuđujuća' osobina te teorije, njena unutrašnja doslednost i krutost, zahvaljujući kojima je bilo, sa stanovišta fizičara, razumno da poveruju da će u svom sopstvenom daljem radu bolje napredovati ako je prihvate kao tačnu nego ako je izbegavaju i čekaju da nekako sama od sebe nekud ode.
     U jednom smislu, elektroslaba teorija jeste imala opitnu podršku čak i pre otkrića neutralnih struja zato što je korektno 'naknadno objasnila' sve one osobine slabih sila koje su već bile objašnjene Fermijevom teorijom, a isto tako i sve osobine elektromagnetnih sila koje su odavno bile objašnjene kvantnom elektrodinamikom. I ovde se čovek može opet zapitati, kao i u slučaju opšte teorije relativnosti, zašto treba da smatramo da je tačno viđenje unazad neki veliki uspeh, kad ono samo objašnjava stvari već objašnjene ranijom teorijom? Evo zašto. Fermijeva teorija objasnila je odlike slabih sila tako što se oslonila na izvestan broj proizvoljnih postavki, proizvoljnih u onom smislu reči kao što je proizvoljno uskočila obrnuta srazmernost kvadratu rastojanja u Njutnovoj teoriji gravitacije. A elektroslaba teorija je, međutim, objasnila te iste pojave (na primer zavisnost slabih sila od spinova učestvujućih čestica) na jedan prinudan način, koji mora biti baš takav, a ne drugačiji. Ali ovakve ocene ne mogu se dati tačno, one su stvar ukusa i iskustva.
     Najednom, godine 1976, tri godine posle otkrića neutralnih struja, nastupila je kriza. Nije se više moglo sumnjati u to da neutralne struje postoje, ali opiti izvedeni 1976. godine nagovestili su da te sile nemaju neke od onih odlika koje su teorijom bile predviđene. Nepravilnost je iskrsla u opitima u Sietlu, kao i u Oksfordu, u vezi sa načinom na koji se polarizovana svetlost prostire kroz isparenje bizmuta. Znalo se još od radova Žan-Batista Biota (Jean-Baptiste Biot) godine 1918. da kod polarizovanog svetla, kad prolazi kroz rastvor izvesnih šećera, dolazi do rotacije ravni polarizacije, i to nalevo ili nadesno. Na primer, ravan polarizacije svetlosti zaokrene se nadesno kad ta polarizovana svetlost prolazi kroz rastvor običnog šećera, dekstroze; ali nalevo, kad prolazi kroz rastvor levuloze. Ovo je zato što molekul dekstroze nije isti kao njegova slika u ogledalu, molekul levuloze: razlikuju se na onaj način na koji se desna rukavica razlikuje od leve (dok, recimo, šešir ili kravata izgledaju isto, bez obzira na to da li ih gledate neposredno ili u ogledalu.) Čovek ne bi normalno očekivao da se ta vrsta rotacije dogodi polarizovanoj svetlosti koja prolazi kroz gas sačinjen od pojedinačnih atoma, kao što je bizmutova para. Ali elektroslaba teorija predvidela je da će postojati asimetrija izmađu leve strane i desne strane u slaboj nuklearnoj sili između elektrona i atomskih jezgara, izazvana razmenom 'Z' čestica, što će atomima dati osobinu levosmernosti ili desnosmernosti kao što imaju rukavice ili molekuli šećera. (Očekivalo se da će ovaj efekat biti naročito izražen kod bizmuta zbog jedne neobičnosti u njegovim atomskim energetskim nivoima.) Izračunavanja su pokazala da će asimetrija između levog i desnog u bizmutovom atomu uzrokovati polaganu rotaciju polarizacije nalevo dok polarizovana svetlost prolazi kroz isparenje bizmuta. Na svoje iznenađenje, eksperimentatori u Oksfordu i u Sietlu nisu našli nikakvu rotaciju te vrste; zato su saopštili da, ako takve rotacije uopšte ima, ona mora biti mnogo sporija nego što je bilo predviđeno.
     Ovo je odjeknulo kao bomba, i to velika. Ovi opiti kao da su pokazali da teorija koju smo Salam i ja razradili, radeći svaki zasebno, u godinama 1968. i 1969, nikako ne može biti tačna u svojim pojedinostima. Ali ja nisam bio spreman da napustim osnovne zamisli elektroslabe teorije. Još od 't Huftovog rada iz 1971. godine bio sam sasvim ubeđen u tačnost glavnih crta ove teorije, ali onu verziju koju smo Salam i ja sazdali smatrao sam za samo jednu od mogućnosti, i to izuzetno jednostavnu. Na primer, moglo bi biti još članova te iste porodice koju čine foton, 'W' čestica i 'Z' čestice, ili bi moglo biti i nekih drugih čestica u srodstvu sa elektronom i neutrinom. Pjer Diem (Pierre Duhem) i V. Van Kvin (W. Van Quine) još su odavno ukazali na to da nijedna naučna teorija ne može biti baš sasvim srušena opitnim isprobavanjem zato što uvek postoji neki način da se preuredi ili teorija ili neke postavke oko nje, i da se postigne saglasnost teorije i provera. U nekom trenutku čovek naprosto mora da donese odluku: da li su ta dodatna zapetljavanja, koja je potrebno načiniti da bi se izbegao sukob sa opitnim rezultatima, naprosto suviše ružna da bi se u njih moglo verovati.
     I zaista, posle tih opita u Oksfordu i Sietlu, mnogi od nas teoretičara prionuli su na posao da nađu, eventualno, neko malo preinačenje elektroslabe teorije, takvo koje bi objasnilo zašto sile neutralnih struja nemaju onu očekivanu asimetriju između leve strane i desne strane. U prvo vreme smo mislili da će biti moguće načiniti teoriju samo malčice ružnijom i nategnuti je dovoljno da se uskladi sa svim dobijenim podacima. Pamtim da je u jednom trenutku Ben doleteo u Palo Alto, gde sam provodio tu godinu, a ja sam odustao od davno planiranog putovanja u nacionalni park Josemajt i ostao da sa njim razrađujem te naše pokušaje da elektroslabu teoriju uklopimo u najnovije podatke (uključujući i nagoveštaje, koji su, međutim, bili netačni, da se u reakcijama visokoenergetskih neutrina pojavljuju i druge nepodudarnosti). Ali sve uzalud, ništa nam nije polazilo od ruke.
     Jedan od naših problema sastojao se u tome što su nam opiti u CERN-u i Fermilabu već dali veliko bogatstvo podataka o rasejanju neutrina u sudarima sa protonima i neutronima, i gotovo svi ti podaci su, činilo se, potvrđivali da je dotadašnja verzija elektroslabe teorije ispravna. Bilo je teško videti kako bi ijedna druga teorija mogla postići to, a istovremeno se uklopiti u rezultate opita sa bizmutom na neki prirodan način - što znači, bez uvođenja mnogih komplikacija pažljivo nameštanih da se to uklapanje postigne. Nešto kasnije, kad sam se vratio u Harvard, Hauard Džordži (Howard Georgi) i ja sačinili smo jedan opšti proglas u kome smo objavili da ne postoji nikakav prirodni način da se elektroslaba teorija dovede u saglasnost sa rezultatima pristiglim iz Oksforda i Sietla, kao i sa starijim podacima o neutrinskim reakcijama. Ovo, dabome, nije sprečilo neke teoretičare da sačine vrlo neprirodne teorije (aktivnost koja je oko Bostona postala poznata pod nazivom 'protivprirodni trud'), u skladu sa najstarijim pravilom naučnog rada, a to je da je bolje raditi išta nego ništa.
     Onda je godine 1978. izveden novi opit u Stanfordu; slaba sila između elektrona i atomskih jezgara izmerena je na sasvim drugi način. Nisu upotrebljeni elektroni u atomima bizmuta, nego su jezgra deuterijuma gađana zrakom elektrona ubrzanim u tamošnjem visokoenergetskom akceleratoru. Tom prilikom se taj zrak rasipao. (Deuterijum nije izabran iz nekog posebnog razloga; bio je, naprosto, zgodan izvor protona i neutrona.) Ovi eksperimentatori su našli očekivanu asimetriju između leve strane i desne strane. U ovom opitu, asimetrija se ispoljavala kao razlika u rasipanju onih elektrona čiji je spin usmeren nalevo i onih kod kojih je usmerenje nadesno. (Kažemo da je spin čestice koja se kreće usmeren nadesno ili nalevo ako prsti desne ruke ili leve ruke pokazuju pravac ose spina kad palac pokazuje pravac kretanja čestice.) Jedni su se rasipali približno za jedan desetohiljaditi deo više nego drugi, a teorija je predvidela tačno to.
     I gle, odjednom su fizičari čestica širom sveta pohitali da zaključe da je prvobitna verzija elektroslabe teorije bila, ipak, tačna. Ali zapazite da su ostala na vidiku i ona dva opita čiji su rezultati bili u suprotnosti sa predviđanjima elektroslabe teorije o slaboj sili neutralne struje između elektrona i jezgara, naporedo sa tim jednim, samo jednim, koji je teoriju, štaviše u kontekstu malo izmenjenom, potvrđivao. Pa zašto su onda, čim se pojavio taj jedan opit u saglasnosti sa elektroslabom teorijom, fizičari gotovo svi zaključili da elektroslaba teorija mora biti ispravna? Jedan od razloga svakako je bio i taj što nam je svima laknulo što nećemo morati da se petljamo ni sa kakvim neprirodnim varijantama prvobitne elektroslabe teorije. Estetski kriterijum prirodnosti upotrebljen je još jednom da pomogne fizičarima pri odmeravanju vrednosti međusobno protivurečnih opitnih podataka.
     Isprobavanje elektroslabe teorije nastavilo se i drugim proverama. Stanfordski opit nije ponovljen, ali je nekoliko grupa atomskih fizičara počelo tragati za asimetrijama leve i desne strane ne samo kod bizmuta nego i kod drugih atoma kao što su talijum i cezijum. (Još pre stanfordskog opita, jedna grupa u Novosibirsku prijavila je da je našla očekivanu asimetriju kod bizmuta, ali na taj izveštaj niko nije obratio mnogo pažnje pre stanfordskog opita, između ostalog i zato što se na Zapadu nije smatralo da su fizičari iz Sovjetskog Saveza veoma pouzdani u pogledu tačnosti.) Izvedeni su novi opiti u Berkliju i u Parizu, a fizičari u Oksfordu i Sietlu ponovili su svoje opite. Sada postoji opšta saglasnost eksperimentalista, ali i teoretičara, da taj očekivani efekat asimetrije leve strane i desne strane zaista postoji i da ima otprilike onu veličinu koja je po teoriji očekivana, kako kod atoma tako i kod rasipanja visokoenergetskih elektrona proučavanih u stanfordskom opitu. Najdramatičniju proveru elektroslabe teorije izveo je, nesumnjivo, Karlo Rubija (Carlo Rubbia) sa svojom grupom u CERN-u. Ti ljudi su 1983. otkrili 'W' česticu, a 1984. i 'Z' česticu; postojanje obe te čestice ispravno je predvidela elektroslaba teorija u svojoj prvobitnoj verziji.
     I sad, kad se osvrnem na te događaje, ja se sa žaljenjem zapitam - zašto potroših toliko vremena u pokušajima da krpim elektroslabu teoriju ne bi li se ona nekako uklopila u one nalaze iz Oksforda i Sietla? Eh, kamo sreće da sam otišao na odmor u Josemajt godine 1977. kao što sam i bio planirao; a ovako, evo šta se desilo, ni do danas ne odoh tamo. Cela ta priča lepo ilustruje jednu polušaljivu maksimu koja se pripisuje Edingtonu: ne treba nijednom opitu verovati dok ga ne potvrdi neka teorija.
     Ne želim da vas ostavim u utisku da teorije i opiti uvek ovako deluju jedni na druge i na napredak nauke. Naglašavao sam, ovde, značaj teorije zato što želim da stvorim protivtežu jednoj veoma raširenoj vrsti razmišljanja koju smatram preterano empirističkom. Istina je takva da se čovek može prošetati kroz istoriju važnih opita u fizici i naći da su oni odigrali mnoge, veoma različite uloge, kao i to da su međudejstva teorije i prakse bila veoma raznovrsna. Ispada da šta god kažete o tome kako bi teorija i opit mogli međudejstvovati, najverovatnije ćete biti u pravu, a šta god kažete o tome kako moraju međudejstvovati, najverovatnije ćete pogrešiti.
     Traganje za slabim silama neutralne struje u CERN-u i Fermilabu primer je one klase opita koji se preduzimaju u cilju oprobavanja teorijskih zamisli koje još nisu opšteprihvaćene. Ti opiti ponekad potvrde, ali ponekad i opovrgnu teoretičareve ideje. Pre nekoliko godina, Frenk Vilček (Frank Wilczek) i ja smo, nezavisno jedan od drugog, predskazali postojanje još jedne nove čestice. Onda smo se dogovorili da za nju odredimo ime 'aksion', ne znajući da postoji i jedna vrsta deterdženta sa tim nazivom. Eksperimentalisti su tragali za aksionom i nisu ga našli, bar ne sa onim odlikama koje smo mi predvideli. Naša zamisao ili je pogrešna ili su joj potrebna preinačenja. Jednog dana, međutim, dobio sam poruku od jedne grupe fizičara koji su se bili sastali u Aspenu. Poruka je glasila: "Našli smo ga!" - ali je, nažalost, bila prikačena za kutiju deterdženta.
     Ima i opita u kojima iskrsnu potpuna iznenađenja, stvari koje nijedan teoretičar nije predvideo. U toj su kategoriji opiti u kojima su otkriveni rendgenski zraci, pa oni u kojima su otkrivene takozvane 'čudne čestice', ili, kad već o tome govorimo, ono osmatranje u kome je uočena nepravilnosti u precesiji orbite planete Merkur. Mislim da upravo takvi opiti donose najviše radosti u srca eksperimentalista i novinara.
     Postoje i opiti koji pred nas nabace nešto što je maltene potpuno iznenađenje - naime, nađu ona dejstva o kojima se samo raspravljalo, ali se mislilo da su posredi samo mogućnosti, stvari ne logički isključene, ali ipak ni takve da bi ih stvarno trebalo očekivati. U ovu vrstu spadaju opiti koji su otkrili kršenje takozvane 'simetrije preokretanja vremena' i opiti u kojima je nađeno nekoliko novih čestica kao što je kvark dole i jedna vrlo teška vrsta elektrona koji je poznat kao tau lepton.
     Postoji i jedna zanimljiva klasa opita u kojima su nađena izvesna dejstva koja neki teoretičari jesu predvideli, ali eksperimentatori tada nisu za to čuli, zato što teoretičar nije imao dovoljno poverenja u svoju ideju i nije hteo da je objavi, da se 'reklamira' i da se nudi sa njom eksperimentalistima, ili zato što je u kanalima naučne komunikacije vladala, naprosto, prevelika vika i galama. U takve spadaju otkriće sveprisutnog pozadinskog šuma na području radio-talasa, preostalog posle Velikog praska, i otkriće pozitrona.
     A postoje, vidite, i neki opiti koji se obavljaju iako je ishod unapred poznat, iako su teorijska predviđanja sasvim čvrsta, a teorija nesumnjivo tačna; to se radi zato što su posmatrane pojave do te mere same po sebi zanosne, i nude takvo obilje mogućnosti za dalje vršenje opita, da čovek naprosto mora da krene u njih. Ja bih u tu kategoriju ubrojao otkriće antiprotona i neutrina, i, još skorije, otkriće čestica 'W' i 'Z'. Tu pripadaju i potrage za raznim egzotičnim dejstvima koja predviđa opšta teorija relativnosti, kao što je gravitaciono zračenje.
     Konačno, čovek može zamisliti i jednu dodatnu kategoriju, opite koji obaraju opšteprihvaćene teorije, teorije koje su već postale deo standardne fizike i oko kojih postoji opšta saglasnost. Nije mi poznato da se dogodio ijedan takav opit u poslednjih sto godina. Bilo je, naravno, mnogo slučajeva da se opitom dokaže da neka teorija ima užu oblast važenja nego što se do tada verovalo. Pri velikim brzinama, Njutnova teorija kretanja postaje neupotrebljiva. Takozvana parnost, a to je simetrija leve strane i desne strane, ne važi kod slabih sila. I tako dalje. Ali u dvadesetom veku, još nijedna teorija koju je svet fizike prihvatio kao u osnovi tačnu nije se pokazala kao jednostavna greška, u onom smislu u kome je Ptolemejeva teorija epicikala planetnog kretanja bila greška, i kako je teorija da je toplota jedna tečnost zvana 'kalorik' bila greška. Pa ipak, u ovom, dvadesetom veku, kao što smo videli na primerima opšte teorije relativnosti i elektroslabe teorije, opšta saglasnost u prilog ove ili one fizičke teorije često je postizana na osnovu estetskog suda, pre nego što su opitni dokazi u prilog tih teorija postali zaista neodoljivo jaki. Ja u ovome vidim izuzetnu moć fizičarevog osećanja za lepotu, osećanja koje ponekad deluje saglasno sa težinom opitnih dokaza, ali ponekad i protiv.
     Iz načina na koji sam opisao događaje može se steći utisak da je proces otkrivanja i potvrđivanja naučnih istina jedna velika, teška zbrka. U ovom pogledu, postoji zgodna paralela između istorije rata i istorije nauke. U obe ove istorije, komentatori su tragali za nekim sistemskim pravilima koja bi omogućila učesniku da u najvećoj meri poboljša svoje izglede na uspeh - dakle, želeli su naći 'nauku o ratovanju' ali i 'nauku o bavljenju naukom'. Možda je to zato što i u ratovanju i u naukovanju postoji, daleko više nego u istoriji kulture, politike ili ekonomije, prilično jasna linija razgraničenja između pobede i poraza. Možemo se mi raspravljati beskrajno o uzrocima i posledicama američkog građanskog rata, ali nema nimalo sumnje u to da je vojska generala Mida potukla vojsku generala Lija 1863. kod Getisburga. U tom istom smislu, nema nimalo sumnje u to da je Kopernikovo viđenje Sunčevog sistema bolje nego Ptolemejevo, a Darvinova teorija evolucije bolja od Lamarkove (Lamarck).
     Čak i kad ne pokušavaju formulisati 'nauku ratovanja', vojni istoričari često pišu kao da generali gube bitke zato što se ne pridržavaju nekih čvrsto ustanovljenih pravila te nauke. Evo primera. Za dvojicu generala severnjačke armije u američkom građanskom ratu preovlađuje mišljenje da su bili veoma loši u svom poslu. Jedan od njih je Džordž Mak Klelan (George McClellan), a drugi je Embrous Bernsajd (Ambrose Burnside). Mak Klelana uglavnom osuđuju zato što nije imao odlučnosti da se uhvati u koštac sa neprijateljem - Lijevom armijom Severne Virdžinije. Bernsajda osuđuju što je uludo utrošio živote ogromnog broja svojih vojnika šaljući ih u bezglavi juriš na dobro ušančenog protivnika kod Frederiksburga. Vašoj pažnji neće promaći činjenica da Mak Klelana kritikuju što nije postupio kao Bernsajd, a Bernsajda što nije postupio kao Mak Klelan. I Bernsajd i Mak Klelan su činili ogromne greške, ali ne zbog nepridržavanja nekih ustaljenih pravila vojne nauke.
     Najbolji vojni istoričari imaju, ipak, u vidu teškoće oko formulisanja pravila vođenja ratova. Zato i ne govore o vojnoj nauci, nego o obrascima vojnog ponašanja, obrascima koji se ne mogu u školi naučiti niti tačno formulisati, ali koji ponekad vode ka dobijanju bitke. Ovo nazivaju ratna veština ili umetnost rata. Mislim da, u tom istom smislu, treba da se nadamo ne da ćemo imati neku nauku o vođenju nauke, niti formulaciju tačnih pravila o tome kako se naučnici ponašaju ili kako bi trebalo da se ponašaju, nego da ćemo opisati jednu vrstu ponašanja koje je tokom istorije vodilo ka naučnom napretku - umetnost nauke.