6. LEPE TEORIJE

     Zagledam se u oblak neki krasan, u cvet,
     i moja duša tako provede sat ili dva;
     pokušava, trudi se, da nasluti
     u tim stvarima slavnim, ali manjim,
     kakve nagoveštaje večnosti sadrži ovaj svet.

     Henri Von, Mesto za odmor

     Godine 1974. Pol Dirak je došao u Harvard da govori o tome kakve je istorijske uspehe postigao kao jedan od osnivača moderne kvantne elektrodinamike. Pred kraj govora, obratio se našim postdiplomcima i posavetovao ih da paze samo na lepotu, a ne na značenje, svojih jednačina. Ne valja studentima davati takve savete; ali traganje za lepotom u fizici bilo je stalna tema u Dirakovom radu, kao i u velikom delu istorije fizike.
     Priče o važnosti lepote u fizici ponekad su se svodile na emocionalne izlive. Nemam nameru da potrošim ovo poglavlje samo na to da kažem još mnogo pohvala lepoti. Moja je namera da tačnije osmotrim prirodu lepote u fizičkim teorijama, da istražim zašto naše osećanje za lepotu ponekad jeste dobar vodič, a ponekad nije, i kako ta korisnost estetskog osećanja u fizici može nagovestiti da napredujemo ka konačnoj teoriji.
     Fizičar koji kaže da je neka teorija lepa ne misli baš ono isto što misle ljudi koji kažu da je neka umetnička slika lepa, ili neko muzičko delo, ili neka poema. Nije to samo izraz ličnog estetskog zadovoljstva; mnogo je bliže onome što hoće reći konjički trener kad pogleda nekog trkačkog konja i kaže da je to lep konj. U konjičkom sportu, takva izjava trenera predstavlja, naravno, njegovo lično miš-ljenje, ali to je mišljenje o jednoj objektivnoj činjenici: da, po određenim merilima koje trener ne može lako izraziti rečima, to jeste ona vrsta konja koja pobeđuje na trkama.
     Naravno, razni treneri u konjičkom sportu mogu konje ocenjivati različito. Zato i postoje konjičke trke. Ali trenerovo estetsko čulo jeste sredstvo koje služi jednom objektivnom cilju, odabiranju onog konja koji će pobeđivati. Fizičarevo estetsko čulo takođe bi trebalo da služi jednoj svrsi - odabiranju one ideje koja će najbolje pomoći da objasnimo prirodu. Fizičari, kao i konjički treneri, mogu proceniti pogrešno, ali ni jedni ni drugi se procenjivanjem ne bave samo iz ličnog zadovoljstva. Doduše, posao im često prija, i te kako prija, ali ta prijatnost nije glavna svrha zbog koje se bave izricanjem estetskih sudova.
     Ovo poređenje vodi ka većem broju pitanja nego što ih rešava. Prvo, šta je to 'lepa' teorija? Koje to odlike jedne fizičke teorije daju, nama, osećanje lepote? Teže pitanje: zašto to fizičarevo osećanje za lepotu uspeva, u onim slučajevima kad uspeva? Priče ispričane u prethodnom poglavlju bile su ilustracija za pomalo avetinjsku činjenicu da nešto što je veoma lično i subjektivno, kao što je to naše osećanje za lepotu, pomaže da smišljamo fizičke teorije, pa čak i da ocenjujemo vrednost teorija. Zašto smo dobili takav blagoslov, takvu moć? A kad pokušamo odgovoriti na to pitanje, javlja se sledeće, još teže: šta to fizičar želi postići?
     Šta je lepa teorija? Kustos jednog velikog američkog muzeja likovnih umetnosti jednom prilikom je ispoljio uvređenost zbog načina na koji ja koristim reč 'lepota' u vezi sa fizikom. Rekao je da su profesionalci koji se bave njegovom vrstom posla prestali koristiti reč 'lepota' zato što uviđaju koliko je nju nemoguće definisati. Davno je još istakao fizičar i matematičar Anri Poenkare da "matematičku lepotu može biti prilično teško definisati, ali ona je jednako stvarna kao svaka druga vrsta lepote".
     Neću pokušati da definišem lepotu, kao što ne bih pokušavao da definišem ljubav ili strah. Te stvari ne definišeš, nego ih prepoznaješ onda kad ih osetiš. Naknadno, posle događaja, ponekad uspeš da nešto malo i kažeš, u želji da te stvari opišeš; to ću pokušati ovde.
     Pod lepotom jedne fizičke teorije svakako ne podrazumevam puku mehaničku lepotu simbola na štampanoj stranici. Metafizički pesnik Tomas Trahern (Thomas Traherne) veoma se trudio da njegove pesme daju lepu sliku, odnosno lep obrazac rasporeda na stranici, ali to sa poslom fizike nema nikakve veze. Takođe bih želeo razgraničiti vrstu lepote o kojoj ja govorim od onoga što matematičari i fizičari ponekad nazivaju elegancija. Elegantan dokaz u nekom izračunavanju jeste onaj dokaz koji postiže moćan rezultat uz minimum nebitnih komplikacija. Za lepotu jedne teorije nije važno da li njene jednačine imaju elegantna rešenja. Jednačine opšte teorije relativnosti su na zlu glasu kao vrlo teške za rešavanje osim u najjednostavnijim situacijama, ali to nimalo ne oštećuje lepotu same teorije. Kao što reče fizičar Lio Šilard (Leo Szilard), koji je otkrio neutronsku lančanu reakciju, "elegancija je za krojače".
     Jednostavnost jeste deo onoga što ja podrazumevam pod pojmom lepote, ali jednostavnost ideja, a ne mehanička vrsta jednostavnosti koja bi se mogla ustanoviti prebrojavanjem jednačina ili simbola. I Ajnštajnova i Njutnova teorija gravitacije sadrže u sebi izvesne jednačine koje nam kažu koliku će gravitacionu silu proizvesti bilo koja količina materije. U Njutnovoj teoriji postoje tri takve jednačine (to odgovara trima dimenzijama prostora), a u Ajnštajnovoj ... četrnaest. To, samo po sebi, ne može biti uzeto kao estetska prednost Njutnove teorije u odnosu na Ajnštajnovu. Istina je, zapravo, to da je Ajnštajnova teorija lepša, jednim delom i zbog jednostavnosti svoje središnje zamisli o ekvivalentnosti gravitacije i inercije. O ovoj oceni postoji opšta saglasnost naučnika; štaviše, kao što smo videli, upravo ta ocena bitno je doprinela ranom prihvatanju Ajnštajnove teorije.
     Postoji, osim jednostavnosti, još jedna osobina koja može učiniti fizičku teoriju lepom - a to je osećanje neizbežnosti u njoj. Kad slušate neku muzičku kompoziciju ili nekoga ko recituje sonet, ponekad osetite veliko estetsko zadovoljstvo proisteklo iz osećanja da u tom umetničkom delu ništa ne bi moglo biti izmenjeno, da nema nijedne note ili nijedne reči za koju biste želeli da bude drugačija. Na Rafaelovoj slici 'Sveta porodica' položaj svake pojedine figure na platnu je savršen. To možda nije vaša najomiljenija umetnička slika na svetu, ali dok je gledate, ne poželite da je Rafael ijedan deo nje naslikao drugačije. Ovo isto važi delimičnoTo nikad ne važi sasvim nego uvek samo delimično i za opštu teoriju relativnosti. Kad upoznate opšta fizička načela koja je Ajnštajn usvojio, shvatite da ne postoji nikakva druga, bitno drugačija teorija gravitacije ka kojoj je Ajnštajn mogao krenuti. Kao što je sam Ajnštajn rekao o opštoj teoriji relativnosti: "Njena glavna privlačnost leži u njenoj logičkoj složenosti. Ako se za samo jedan od njenih zaključaka ispostavi da je pogrešan, ona mora biti napuštena; preinačiti je, a pri tom ne uništiti celo zdanje, čini se da je nemoguće."
     Ovo u manjoj meri važi za Njutnovu teoriju gravitacije. Njutn je mogao pretpostaviti da sila teže opada upravo srazmerno kubu, a ne kvadratu rastojanja, da su mu astronomski podaci tako nalagali, ali Ajnštajn nikako nije mogao uključiti u svoju teoriju obrnutu srazmernost kubu rastojanja, a da pri tom na baci na smetlište i konceptualnu osnovu teorije. Otud Ajnštajnovih četrnaest jednačina imaju u sebi jednu neizbežnost, dakle i lepotu, koja Njutnovim trima jednačinama nedostaje. Mislim da je Ajnštajn na to mislio kad je rekao da ona strana njegovih jednačina u opštoj teoriji relativnosti koja se odnosi na gravitaciono polje jeste divna, kao od mermera isklesana, a da ona druga strana tih istih njegovih jednačina, koja se odnosi na materiju, jeste još ružna, kao da je izdeljana od drveta. Jer, način na koji gravitaciono polje ulazi u Ajnštajnove jednačine jeste gotovo neizbežan, ali ništa u opštoj teoriji relativosti ne objašnjava zašto materija postoji baš u onim oblicima u kojima postoji.
     Isto osećanje neizbežnosti može se takođe naći (i opet - samo delimično) u našem modernom standardnom modelu jakih i elektroslabih sila koje deluju na elementarne čestice. Postoji jedna zajednička odlika koja i opštoj teoriji relativnosti i ovom standardnom modelu daje glavninu njihovog svojstva neizbežnosti i jednostavnosti: oni poštuju načela simetrije.
     Načelo simetrije jeste naprosto izjava da nešto izgleda isto kad se gleda sa određenih, različitih, tačaka gledanja. Od svih takvih simetrija, najjednostavnija jeste približna dvostrana simetrija ljudskog lica. Pošto se leva strana i desna strana vašeg lica ne razlikuju mnogo, ono izgleda isto kad desna strana dođe levo, a leva desno, što je preokret koji nastaje kad se gledate u ogledalu. Već je poznat postupak, maltene kliše, u filmskoj umetnosti da publici najednom bude otkrivena istina da je lice glumca ili glumice do maločas bilo viđeno u ogledalu; od ovog iznenađenja ne bi ništa bilo kad bismo imali lice kao riba iverak, kojoj su oba oka na istoj strani glave, i kad bi to uvek bila kod svih ljudi ista strana.
     Neke stvari imaju obimniju simetriju nego ljudsko lice. Kocka izgleda isto kad se gleda iz šest različitih pravaca koji su svi pod pravim uglom jedan u odnosu na drugi; osim toga, izgleda isto i kad se izvrši reverzija njene leve i desne strane. Savršeni kristali izgledaju isto ne samo kad ih gledamo iz različitih pravaca nego i kad se nalazimo unutar kristala, pa se u određenoj meri pomeramo u raznim pravcima, ne izlazeći pri tom iz njega. Lopta izgleda iz svakog pravca - isto. Prazan prostor izgleda isto iz svakog pravca i sa svakog položaja.
     Ovakve simetrije su zabavljale i zanimale umetnike i naučnike već hiljadama godina, ali nisu imale neku stvarno presudnu ulogu u nauci. Mi o soli znamo mnogo toga, ali činjenica da kristal soli jeste kockast i da izgleda isto kad se gleda sa šest različitih tačaka nije nam baš najvažnije od tih znanja. A ni dvostrana simetrija nije baš ono najzanimljivije na ljudskom licu. Simetrije koje su u prirodi zaista važne jesu simetrije ne stvari nego zakona.
     Pod simetrijom u zakonima prirode podrazumevamo to da se, onda kada izvršimo određene promene ugla pod kojim posmatramo neke prirodne pojave, zakoni prirode koje otkrivamo ne menjaju. Za takve simetrije često se kaže da predstavljaju načela invarijantnosti. Na primer, zakoni prirode koje otkrivamo zadržavaju isti oblik ma kako stajala naša laboratorija; sasvim je svejedno da li pravce merimo u odnosu na sever, severoistok ili bilo koju drugu stranu. Ovo nije bilo tako očigledno antičkim i srednjovekovnim filozofima prirode; u svakodnevnom životu čovek svakako stekne utisak da postoji razlika izmeđi pravca gore-dole i svih mogućih vodoravnih pravaca. Tek sa rođenjem moderne nauke u sedamnaestom veku postalo je jasno da pravac 'dole' nama izgleda drugačiji od pravca 'gore' ili pravca ka severu samo zato što se ispod nas zadesila jedna povelika masa, Zemlja, a ne (kao što je Aristotel mislio) zato što je prirodno mesto teških stvari dole, a lakih gore. Zapazite da simetrija ne kaže da je dole isto što i gore; posmatrači koji mere udaljenja gledajući nagore, odnosno nadole u odnosu na površinu Zemlje daće nam različite opise padanja jedne jabuke, ili nekog drugog takvog događaja, ali će otkriti iste zakone - na primer, zakon da jabuke bivaju privučene masivnim telom kao što je Zemlja.
     Osim toga, zakoni prirode javljaju se u istom obliku ma gde smestili našu laboratoriju; rezultati će ispasti isti bez obzira na to da li opite vršimo u Teksasu, Švajcarskoj ili na nekoj planeti na drugoj strani Galaksije. Zakoni prirode imaju isti oblik bez obzira na to kako podesimo naše časovnike; možemo mi da računamo godine od Hegire ili od rođenja Hristovog ili od početka Vaseljene, promena u tim zakonima neće biti. Da nije ovih simetrija, sva naučna znanja morala bi se sticati ispočetka u svakoj novoj laboratoriji i u svakom sledećem trenutku.
     Svako načelo simetrije u isti mah je i načelo jednostavnosti. Ako bi zakoni prirode zaista bili drugačiji za pravce kao što su gore ili dole ili ka severu, onda bismo morali u naše jednačine uneti činioce kojima bismo uzeli u obzir i to kako je laboratorija okrenuta, te bi samim tim one bile srazmerno manje jednostavne. Zapravo, i u sam način označavanja kojim se matematičari i fizičari služe da bi svojim jednačinama dali što jednostavniji i sažetiji izgled uneta je, već, pretpostavka da su svi pravci u prostoru jednako vredni.
     Ove simetrije prirodnih zakona važne su i u klasičnoj fizici, ali još više u kvantnoj mehanici. Hajde da razmislimo: po čemu se jedan elektron razlikuje od drugog? Samo po tri svoje osobine, a to su njegova energija, njegov impuls i njegov spin; izuzimajući te tri odlike, svaki elektron u celoj Vaseljeni isti je kao svaki drugi. A sve te tri odlike jesu naprosto veličine koje određuju kako kvantnomehanička talasna funkcija tog elektrona reaguje na transformacije simetrija: kako reaguje na načine na koje nameštamo svoje satove ili gde izgradimo laboratoriju ili kako je usmerimo.Na primer, frekvencija kojom osciluje talasna funkcija ma kog sistema koji se nalazi u nekom određenom energetskom stanju data je njegovom energijom podeljenom jednom prirodnom konstantom koja je poznata kao Plankova konstanta. Taj sistem izgleda manje-više isto dvojici posmatrača koji su namestili satove za jedan sekund različito, ali ako obojica osmotre sistem kad kazaljke njihovih satova budu tačno na crtici 'podne', oni će uočiti dve razne faze te oscilacije; pošto su njihovi satovi podešeni različito, njih dvojica, zapravo, gledaju taj sistem u različitim vremenima, tako da jedan posmatrač može videti, recimo, vrh talasa, a drugi posmatrač može videti dolju talasa. Konkretno govoreći, faza se razlikuje po broju ciklusa (ili delova ciklusa) koji se dogode za jedan sekund; drugim rečima, razlikuje se po frekvenciji oscilovanja izraženoj u ciklusima u sekundi, pa zato i po energiji podeljenoj Plankovom konstantom. U današnjoj kvantnoj mehanici, mi opisujemo energiju bilo kog sistema kao promenu u fazi (u ciklusima ili delovima ciklusa) talasne funkcije tog sistema u jednom datom vremenu časovnika, koja nastaje kad pomerimo podešenost naših satova za jedan sekund. Plankova konstanta se ovde uvodi samo zato što se energija, iz istorijskih razloga, meri u jedinicama kao što su kalorije, kilovat-časovi ili elektron-volti - dakle u jedinicama koje su usvojene pre nego što je kvantna mehanika pronađena; Plankova konstanta je naprosto činilac pretvaranja tih starih sistema jedinica u prirodne, kvantnomehaničke jedinice energije: broj ciklusa u sekundi. Može se pokazati da energija, ovako definisana, ima sve one osobine koje normalno povezujemo sa energijom, pa i osobinu očuvanja; uistinu, invarijantnost zakona prirode pod simetrijskim transformacijama pri drugačijem podešavanju satova jeste razlog što uopšte postoji pojava koju nazivamo energija. Na uglavnom isti način, u svakom sistemu komponenta impulsa u ma kom određenom pravcu definiše se kao promena faze talasne funkcije do koje dolazi kad tačku sa koje merimo položaje pomaknemo za jedan centimetar u tom pravcu, pomnožena, opet, Plankovom konstantom. Posmatrano iz ovog ugla, impuls i spin jesu ono što jesu zbog simetrije zakona prirode pod onim promenama u referentnom okviru koje mi upotrebljavamo da bismo izmerili položaje ili pravce u prostoru. (Nabrajajući osobine elektrona, ne uključujem položaj, zato što su položaj i impuls dve komplementarne osobine; možemo opisati stanje jednog elektrona u terminima njegovog položaja ili u terminima njegovog impulsa, ali nikako oba ta zajedno.) Materija, na taj način, gubi svoju središnju ulogu u fizici: od materije preostaju samo načela simetrije i razni načini na koje se talasne funkcije mogu ponašati pod simetrijskim transformacijama.
     Postoje u prostorvremenu izvesne simetrije koje nisu baš tako očigledne kao ove jednostavne translacije i rotacije. Zakoni prirode takođe, koliko znamo, izgledaju jednaki (odnosno imaju isti oblik) za posmatrače koji se kreću različitim stalnim brzinama; svejedno je da li vršimo naše opite ovde u Sunčevom sistemu, ili dok jurimo oko središta Galaksije brzinom od više stotina kilometara u sekundi, ili u nekoj dalekoj galaksiji koja se udaljava od naše brzinom od više desetina hiljada kilometara u sekundi. Ovo poslednje načelo simetrije ponekad se naziva: načelo relativnosti. Široko je rasprostranjen utisak da ga je smislio Ajnštajn, ali načelo relativnosti postoji i u Njutnovoj teoriji mehanike; razlika je samo u načinu na koji u tim dvema teorijama brzina posmatrača utiče na opažanje položaja i vremena. Međutim, Njutn je smatrao da je njegova verzija načela relativnosti nešto što se podrazumeva samo po sebi; Ajnštajn je, međutim, svesno gradio svoju verziju načela relativnosti da bi ona bila u skladu sa jednom opitnom činjenicom: sa okolnošću da brzina svetlosti izgleda ista bez obzira na to kako se posmatrač kreće. U tom smislu, stavljanje naglaska na simetriju kao važno pitanje fizike, u Ajnštajnovom radu iz 1905. o posebnoj relativnosti, označava početak modernog odnosa prema načelima simetrije.
     Najvažnija razlika između načina na koji na opažanje prostorvremenskih položaja utiče kretanje posmatrača u Njutnovoj fizici i u Ajnštajnovoj fizici jeste ta što u posebnoj teoriji relativnosti nema nikakvog apsolutnog značenja izjava da su se dva međusobno udaljena događaja dogodila istovremeno. Jedan posmatrač može videti da dva zidna časovnika otkucavaju podne u isto vreme; drugi posmatrač, koji se kreće u odnosu na prvog, videće da jedan od ta dva časovnika otkucava podne pre ili posle drugog. Kao što smo ranije videli, zbog ovoga Njutnova teorija gravitacije, i svaka slična teorija sile, mora biti u neskladu sa posebnom teorijom relativnosti. Njutnova teorija nam kaže da gravitaciona sila kojom Sunce deluje na Zemlju u ma kom trenutku zavisi od toga gde se, u tom istom času, nalazi masa Sunca, ali šta to znači 'u tom istom času' - po čijem opažaju?
     Prirodni način da se izbegne ovaj problem jeste da se napusti stara njutnovska zamisao da postoji trenutno delovanje na daljinu, i da se, umesto nje, uvede slika u kojoj sila nastaje delovanjem izvesnih polja. Po ovoj slici, Sunce ne privlači Zemlju neposredno, nego stvara oko sebe jedno polje, koje nazivamo gravitaciono polje, a to polje onda vuče Zemlju. Ovo bi moglo nekome da se učini kao ukazivanje na razliku koja to, zapravo, nije, ali jeste, i ova promena je od ključne važnosti: kad se na Suncu dogodi erupcija, takozvana protuberanca, ona utiče na gravitaciono polje Sunca, ali u prvi mah samo na gravitaciono polje u neposrednoj blizini Sunca. Posle toga, ova majušna promena u gravitacionom polju širi se kroz svemir brzinom svetlosti; širi se poput vodenih talasića sa mesta gde oblutak padne u vodu, i stigne do Zemlje tek nekih osam minuta kasnije. Sa ovim opisom slažu se svi posmatrači koji se kreću ma kojom stalnom brzinom, zato što su u posebnoj teoriji relativnosti svi posmatrači saglasni oko toga kolika je brzina svetlosti. Isto tako, naelektrisano telo stvara oko sebe jedno polje, koje nazivamo elektromagnetno polje, a koje deluje električnim i magnetnim silama na druga naelektrisana tela. Kad se to naelektrisano telo naglo pomeri, pomera se i njegovo elektromagnetno polje, ali u prvi mah se pomera samo u blizini tog tela, a posle se promene šire kroz to polje brzinom svetlosti. Zapravo, u ovom slučaju, te promene u elektromagnetnom polju i jesu ono što nazivamo svetlost, mada je to često svetlost tako velike ili tako male talasne dužine da nije vidljiva našem oku.
     U kontekstu pretkvantne fizike, Ajnštajnova posebna teorija relativnosti dobro se uklapala u dualistički pogled na prirodu, koji nam kaže sledeće: da postoje čestice, kao što su elektroni, protoni i neutroni običnih atoma, i da postoje polja, kao što je gravitaciono ili elektromagnetno. Dolaskom kvantne mehanike, postigli smo jedan znatno objedinjeniji pogled. Kvantnomehanički govoreći, energija i impuls u jednom polju kao što je elektromagnetno stižu u paketićima koji se nazivaju fotoni i ponašaju se baš kao čestice - doduše, čestice bez mase. Slično tome, energija i impuls u gravitacionom polju stižu u paketićima koji se nazivaju gravitoni i koji se takođe ponašaju kao čestice sa masom jednakom nuli. U velikom gravitacionom polju kao što je Sunčevo, mi ne primećujemo pojedinačne gravitone u suštini zato što ih ima tako mnogo.
     Godine 1929. Verner Hajzenberg i Volfgang Pauli, gradeći na ranijim radovima Maksa Borna, Hajzenberga, Paskvala Žordana i Eugena Vignera (Eugene Wigner), objasnili su, u dva svoja rada, kako se i masivne čestice kao što je elektron mogu takođe razumeti kao paketi energije i impulsa, samo u poljima druge vrste, kao što je elektronsko polje. Baš kao što u kvantnoj mehanici elektromagnetna sila između dva elektrona nastaje razmenom fotona, tako isto i sila između fotona i elektrona nastaje razmenom elektrona. Sposobnost razlikovanja između materije i sile gotovo sasvim nestaje; bilo koja čestica može poslužiti kao probno telo na koje će sile delovati ili razmenom te čestice proizvoditi neku drugu silu. Danas je opšteprihvaćeno da se načela posebne teorije relativnosti i kvantne mehanike mogu kombinovati samo kroz kvantnu teoriju polja ili nešto njoj vrlo slično. Upravo je to ona vrsta logičke krutosti koja daje zaista temeljnoj teoriji lepotu: kvantna mehanika i posebna relativnost su maltene nespojive, pa zbog toga njihovo pomirenje u kvantnoj teoriji polja nameće jaka ograničenja načinima na koje čestice mogu delovati jedna na drugu.
     Sve dosad pomenute simetrije samo ograničavaju vrste sile i materije koje u jednoj teoriji mogu postojati - ali te simetrije ne zahtevaju, same po sebi, postojanje ma kog određenog tipa materije ili sile. Načela simetrije podigla su se na novi nivo važnosti u ovom veku, a naročito u poslednjih nekoliko decenija; postoje načela simetrije koja nalažu čak i samo postojanje svih poznatih sila prirode.
     U opštoj teoriji relativnosti, ono načelo simetrije koje u njenoj osnovi leži kaže nam da su svi inercijalni sistemi jednaki: zakoni prirode izgledaju isto ne samo posmatračima koji se kreću nekom postojanom brzinom, nego svim posmatračima, bez obzira na to kako njihove laboratorije ubrzavaju ili rotiraju. Pretpostavimo da mi sad uzmemo naše fizičarske instrumente i izmestimo ih iz tihe univerzitetske laboratorije; odsad ćemo, recimo, vršiti opite na jednoj vašarskoj vrteški sa konjićima, ali takvoj koja se okreće postojano. Umesto da merimo pravce u odnosu na sever, merićemo ih odsad u odnosu na konjiće koji su zakovani za platformu, sa kojom se zajedno vrte. Na prvi pogled, zakoni prirode izgledaće sasvim drugačiji. Mi, posmatrači na vrteški, koja se ne prestaje okretati, primećujemo da postoji jedna sila, i to centrifugalna, koja hoće da odvuče nepričvršćene predmete sa platforme i da ih odbaci napolje. Ako tu imamo posmatrače koji su na toj platformi rođeni i odrasli, a koji ne znaju da su na rotirajućoj platformi, oni će opisivati prirodu u terminima takvih zakona prirode koji će obuhvatati, kao sastavni deo, i centrifugalnu silu, pa će njihovi zakoni izgledati sasvim drugačije nego zakoni kakve otkrivaju drugi naučnici.
     Činjenica da zakoni prirode, reklo bi se, prave razliku između nekretnih i obrtnih referentnih sistema uznemiravala je Isaka Njutna i stalno dodijavala fizičarima i u sledećim vekovima. U osamdesetim godinama devetnaestog veka bečki fizičar i filozov Ernst Mah (Ernst Mach) ukazao je na put ka mogućem rešenju. Mah je naglasio da se rotirajuća vrteška razlikuje od nepokretne laboratorije po još nečemu, a ne samo po centrifugalnoj sili. Sa tačke gledanja astronoma na vrteški, Sunce, zvezde, galaksije - dakle, glavnina materije u Vaseljeni - rotiraju, čini se njemu, oko zenita. Vi i ja bismo rekli da je to zato što se platforma vrti, ali astronom koji je na platformi odrastao i koji koristi nju kao svoj referentni sistem (prirodno, šta bi drugo) ostaće uporan u svom uverenju da se ostatak Vaseljene vrti oko njega. Mah se zapitao postoji li ikakav način da to veliko prividno kruženje materije označimo kao uzrok nastajanja centrifugalne sile. Ako bi postojao, onda bi zakoni prirode otkriveni na vrteški mogli biti bukvalno isti oni zakoni prirode koje naučnici otkrivaju u uobičajenijim laboratorijama; razlika bi bila samo prividna, i poticala bi naprosto od različitih okruženja koje posmatrači iz svojih laboratorija vide.
     Ovu zamisao, koju je Mah nabacio, Ajnštajn je prihvatio i podrobno razradio u svojoj opštoj teoriji relativnosti. U opštoj relativnosti, postoji, zaista, jedno delovanje dalekih zvezda na vrtešku, delovanje koje dovodi i do pojave centrifugalne sile: to je sila gravitacije. Naravno da se ništa slično ne dešava u Njutnovoj teoriji gravitacije, koja poznaje samo jednostavno privlačenje svih masa. Opšta relativnost je složenija; u njoj, kružno kretanje materije cele Vaseljene oko zenita, koju opažaju posmatrači na vrteški sa konjićima, proizvodi jedno polje, donekle slično magnetnom polju što nastaje kružnim kretanjem elektriciteta kroz namotaje nekog elektromagneta. Upravo ovo 'gravitomagnetno' polje proizvodi, u referentnom okviru vrteške, ona dejstva koja bi u konvencionalnijim referentnim sistemima bila pripisana centrifugalnoj sili. Jednačine opšte teorije relativnosti, za razliku od jednačina Njutnove mehanike, sasvim su iste u laboratoriji na vrteški i u onoj konvencionalnoj; razlika između onoga što opažamo u jednoj i u drugoj potiče u celosti od njihovog različitog okruženja: naime, da li je laboratorija okružena svemirom koji se vrti oko zenita ili svemirom koji to ne čini. Ali kad ne bi postojala gravitacija, onda ne bi bila moguća ni ova reinterpretacija centrifugalne sile, pa bi, zbog toga, centrifugalna sila koju bismo osećali na vrteški omogućila da načinimo razliku između laboratorije na vrteški i one konvencionalne; samim tim, ne bi bili isti zakoni prirode u laboratorijama koje se vrte i u onima koje se ne vrte. Tako simetrija između različitih referentnih okvira zahteva postojanje sile teže.
     U osnovi elektroslabe teorije jeste jedna simetrija koja je u nešto većoj meri ezoterična. Ona se ne odnosi na menjanje naše tačke gledanja u prostoru i vremenu, nego na menjanje naše tačke gledanja u vezi sa identitetom raznih vrsta elementarnih čestica. Baš kao što je moguće da čestica bude u takvom kvantnomehaničkom stanju da nije određeno je li tu ili je tamo, ili da nije određeno da li je njen spin u smeru kretanja kazaljki na satu ili obratno, tako isto je moguće, kroz čuda kvantne mehanike, da čestica dospe u stanje kad nije baš elektron, ali nije ni neutrino, nego je neodređeno je li jedno ili drugo od ta dva, a postaje određeno tek kad izvršimo merenje neke njene osobine koja čini razliku između ta dva, kao što je naelektrisanje. U elektroslaboj teoriji, oblik zakona prirode na menja se nimalo ako u svim jednačinama sve elektrone i neutrine zamenimo takvim mešovitim stanjima za koja nije određeno da li su elektron ili neutrino. Pošto razne druge čestice, drugih vrsta, stupaju u međudejstvo sa elektronima i neutrinima, potrebno je istovremeno pomešati i porodice tih drugih tipova čestica, tako da, na primer, ne bude jasno koji su kvarkovi gore, a koji dole, da li je nešto foton ili je jedan od fotonove braće i sestara - negativno naelektrisana 'W' čestica ili neutralna 'Z' čestica. To je ta simetrija koja povezuje elektromagnetne sile, koje nastaju razmenama fotona, sa slabim nuklearnim silama, koje nastaju razmenama 'W' i 'Z' čestica. Foton i 'W' i 'Z' čestica pojavljuju se u elektroslaboj teoriji kao paketići energije četiri polja, a ova simetrija elektroslabe teorije zahteva postojanje baš ta četiri polja, otprilike onako kao što simetrije opšte teorije relativnosti zahtevaju postojanje polja gravitacije.
     Simetrije te vrste, kao što su ove u osnovi elektroslabe teorije, zovu se unutrašnje simetrije, zato što ih možemo smatrati nečim što se odnosi na unutrašnju prirodu čestica, a ne na njihov položaj ili kretanje. Unutrašnje simetrije su nam teže za shvatanje nego one koje se odnose na običan prostor i vreme, kao što je slučaj sa simetrijama koje upravljaju opštom teorijom relativnosti. Možete zamisliti svaku česticu kao nešto na čemu postoji jedan mali brojčanik sa kazaljkom; kazaljka može, recimo, pokazivati ka oznaci 'elektron' ili ka oznaci 'neutrino' ili ka bilo kom mestu između te dve oznake; isto tako, na drugoj čestici može pokazivati ka oznaci 'foton' ili ka oznaci 'W' ili bilo gde između ta dva. Unutrašnja simetrija kaže da zakoni prirode zadržavaju isti oblik ako, na određeni način, izvršimo razmenu mesta tih oznaka na tim brojčanicima.
     Dalje, kod one vrste simetrije koja vlada elektroslabim silama možemo preokretati te naše male brojčanike različito za čestice koje su u raznim vremenima ili položajima. Ovo je uglavnom nalik na simetriju koja leži u osnovi opšte teorije relativnosti, simetriju koja nam dopušta da zaokrećamo našu laboratoriju u prostoru, ali ne samo za neki određeni ugao, nego stalno sve više i više, tako da se zaokretanje vremenom povećava - na primer, ako laboratoriju stavimo na platformu vašarske vrteške sa konjićima. Nepromenljivost zakona prirode u odnosu na grupu takvih unutrašnjih simetrijskih transformacija zavisnih od položaja i od vremena zove se lokalna simetrija (zato što dejstvo simetrijskih transformacija zavisi od smeštanja u vremenu i prostoru), a ima i drugi naziv, 'gejdž simetrija', iz razloga koji su čisto istorijski. Zbog lokalne simetrije između različitih referentnih okvira u prostoru i vremenu, gravitacija je nužna, a na sličan način druga lokalna simetrija, ona između elektrona i neutrina (takođe između kvarkova gore i kvarkova dole i tako dalje) čini da je postojanje fotona, 'W' čestice i 'Z' čestice takođe nužno.

     Postoji još jedna, treća tačna lokalna simetrija, u vezi sa jednom unutrašnjom osobinom kvarkova za koju je, malčice maštovito i neozbiljno, usvojen naziv boja. Videli smo da ima kvarkova raznih vrsta, kao što su gore i dole; od tih kvarkova sačinjeni su protoni i neutroni koji postoje u svim običnim atomskim jezgrima. Ali dodatna je istina da svaki tip kvarka može da se pojavi u tri različite 'boje', za koje fizičari u Americi vole da kažu da su crvena, bela i plava. Naravno, ovo nema nikakve veze sa stvarnim bojama; to su samo etikete koje smo nalepili tim česticama da ih razlikujemo. Koliko nam je poznato, u prirodi postoji tačna simetrija između različitih boja; sila između jednog crvenog i jednog belog kvarka ista je kao sila između belog i plavog, a sila između dva crvena je ista kao između dva plava. Ali ova sila ne ostaje samo na toj razmenljivosti boja. U kvantnoj mehanici možemo razmatrati ona stanja jednog kvarka kad on nije ni crven ni plav nego možda crven, a možda plav. Zakoni prirode zadržavaju tačno isti oblik ako zamenimo crvene, bele i plave kvarkove odgovarajućim mešovitim stanjima (neka to budu purpurni, ružičasti i lavanda). Opet analogno opštoj teoriji relativnosti, činjenica da na zakone prirode ne utiče to mešanje, pa čak ni pomicanje tih mešavina sa jednog mesta na drugo i iz jednog vremena u drugo, zahteva da uključimo u našu teoriju jednu porodicu polja (nekoliko polja) koja će stupati u međudejstvo sa kvarkovima, što će biti analogno gravitacionom polju. Postoji osam ovakvih polja; poznata su kao gluonska polja zato što dejstvom tih polja nastaju jake sile koje kao kakav lepakEngl. glue: lepak - prim. prev. lepe kvarkove jedan za drugi, da bi kvarkovi ostali unutar protona i neutrona. Naša moderna teorija o tim poljima, kvantna hromodinamika, i nije ništa drugo nego teorija kvarkova i gluona koja poštuje ovu lokalnu simetriju boja. Standardni model elementarnih čestica sastoji se od elektroslabe teorije kombinovane sa kvantnom hromodinamikom.
     Pominjao sam da načela simetrije daju teoriji jednu vrstu krutosti. Neko bi mogao pomisliti da je to nedostatak, da fizičar želi razvijati teorije koje će moći da opišu široku raznovrsnost pojava, te mu zato odgovara krajnja fleksibilnost teorija - njihova sposobnost da daju razumne rezultate i u veoma različitim mogućim okolnostima. Ovo jeste tako na mnogim područjima nauke, ali nije tako u ovoj oblasti temeljne fizike. Mi smo na tragu nečeg opšteg, nečeg što vlada fizičkim pojavama u celokupnom kosmosu; to nešto nazivamo zakoni prirode. Ne želimo otkriti teoriju koja je sposobna da opiše sve zamislive vrste sila među prirodnim česticama. Umesto toga, nadamo se da ćemo otkriti teoriju koja će nam, zbog svoje krutosti, dopustiti da opišemo samo i jedino one sile - gravitacione, elektroslabe, i jake - koje zaista postoje. Ova vrsta krutosti u našim fizičkim teorijama jeste deo onoga što smatramo lepotom.
     Naše teorije krutost dobijaju ne samo od tih načela simetrije nego i od još ponečega. Samo na osnovu načela simetrije nikako ne bismo stigli do elektroslabe teorije, a ni do kvantne hromodinamike, osim ako bi te dve teorije bile jedan poseban slučaj u daleko široj lepezi teorija sa neograničenim brojem podesivih konstanti čije bismo vrednosti ubacivali kako nam drago. Dodatno ograničenje, koje nam je dopustilo da odaberemo naš jednostavni standardni model između velike raznovrsnosti drugih, složenijih teorija koje zadovoljavaju ista ta načela simetrije, bio je sledeći uslov: da one beskonačnosti koje se u izračunavanjima jave jedna drugu i ponište. (Dakle, da teorija bude 'renormalizabilna'.) Pokazalo se da ovaj uslov prisiljava teoretičara da se opredeli za vrlo veliku jednostavnost u jednačinama teorije; taj uslov, zajedno sa raznim lokalnim simetrijama, znatno doprinosi uspostavljanju postojećeg, jedinstvenog oblika standardnog modela elementarnih čestica.
     Lepota koju nalazimo u fizičkim teorijama kao što je opšta teorija relativnosti ili standardni model veoma nalikuje na lepotu koju na nas prenose neka umetnička dela, ona koja nam daju osećanje neizbežnosti, osećanje da ne bismo želeli izmeniti nijedan potez četkicom, nijednu notu, nijedan stih. Ali i kad se divimo muzici, slikarstvu ili poeziji, i kad razmatramo fizičke teorije, ovo osećanje neizbežnosti je stvar ukusa i ne može se svesti ni na kakvu formulu.
     Svake druge godine laboratorija 'Lorens Berkli' objavi po jednu knjižicu u kojoj su nabrojane osobine svih elementarnih čestica poznatih do tog trenutka. Ako ja kažem da osnovno načelo koje prirodom vlada jeste to da elementarne čestice moraju imati odlike navedene u toj knjižici, onda je svakako istina da sve poznate osobine elementarnih čestica neminovno proističu iz tog jednog načela. To načelo ima čak i moć predviđanja: svaki novi elektron ili proton stvoren u našim laboratorijama imaće tačno onu masu i naelektrisanje kako to u pomenutoj knjižici piše. Međutim, samo to osnovno načelo toliko je ružno da niko ne bi imao utisak da smo njime išta postigli. Njegova ružnoća ogleda se u nedostatku jednostavnosti i neizbežnosti. U toj knjižici ima na hiljade raznih brojeva, i svaki od njih bi se mogao izmeniti, a da ostatak informacija u knjižici ne postane besmislen. Ne postoji logička formula koja bi odredila oštru liniju razgraničenja između lepe teorije koja nešto objašnjava i pukog spiska podataka, ali kad vidimo jedno i drugo, mi znamo razliku. Da bismo ozbiljno shvatili svoja sopstvena načela, zahtevamo da ona ispolje krutost i jednostavnost. Dakle, naša estetska ocena nije samo sredstvo kojim se služimo da bismo pronašli naučna objašnjenja i ocenili njihovu valjanost - ona ulazi u sastav pojma 'objašnjenje'.
     Drugi naučnici ponekad se podsmevaju nama, fizičarima čestica, zato što sada već ima premnogo tih takozvanih elementarnih čestica, tako da moramo nositi pomenutu knjižicu ('berklijevku') u džepu kako bismo se povremeno podsetili kako se koja zove i koje osobine ima. Ali broj čestica nije sam po sebi važan. Kao što reče Abdus Salam, priroda ne štedi na česticama, a ni na silama, nego na načelima. Važno je imati jedan skup jednostavnih i ekonomičnih načela koja će objasniti zašto sve te čestice jesu ono što jesu. Zaista jeste uznemiravajuće to što mi do dana današnjeg nismo pronašli celovitu teoriju koja bi bila takva. Ali kad je jednog dana pronađemo, onda neće biti važno koliko mnoštvo različitih vrsta čestica i sila njome opisujemo, biće važno jedino da teorija to postiže divno, kao neminovnu posledicu jednostavnih načela.
     Lepota koju nalazimo u fizičkim teorijama jeste veoma ograničena vrsta lepote. To je, koliko sam ja uspeo rečima iskazati, lepota jednostavnosti i neizbežnosti - lepota savršenstva strukture, lepota kad se sve tačno uklopi jedno s drugim, kad se više ništa tu ne može izmeniti, kad zavlada logička krutost. Škrta i klasična lepota, kao u tragedijama iz antičke Grčke. Ali u umetnostima nalazimo i druge vrste lepote. Šekspirov pozorišni komad ne poseduje tu vrstu lepote, ili bar ne u onoj meri u kojoj je neki od njegovih soneta poseduju. Često se dešava da pozorišni režiser, pripremajući izvođenje nekog Šekspirovog komada, izostavi nekoliko celih govora. U filmskoj verziji Hamleta koju je dao Lorens Olivije, Hamlet nigde ne kaže: "O kakav sam zao rob ja, kakva seljačina i propalica!" A ipak to filmsko izvođenje uspeva, zato što Šekspirovi pozorišni komadi nisu škrte, savršene strukture, kao što je to opšta teorija relativnosti ili tragedija Kralj Edip, nego su velike, 'šljampave' kompozicije čija obilata neurednost odražava složenost koju ima sam život. Upravo to i jeste deo lepote njegovih komada, lepote koja, po mom ukusu, jeste jedna viša lepota, lepota višeg reda, nego što je ona koju nalazimo u pomenutoj Sofoklovoj tragediji ili u opštoj teoriji relativnosti. Neki od najboljih trenutaka kod Šekspira jesu oni gde on namerno napušta grčki model tragedije i ubacuje komičnog proletera, nosača, recimo, ili baštovana ili prodavca smokava ili grobara - neposredno pre nego što se neko od glavnih likova susretne sa svojom sudbinom oči u oči. Dabome da bi lepota teorijske fizike bila veoma loš primer za umetnost, ali ona postoji i, kakva je - da je, pruža nam zadovoljstvo i vodi nas.
     Meni se čini da je teorijska fizika još u jednom pogledu loš primer umetnicima. Naše teorije su veoma ezoterične, a takve i moraju biti, zato što smo prinuđeni da razvijamo te teorije upotrebom jednog jezika, jezika matematike, koji nije postao deo opšteg znanja obrazovane publike. Fizičari, uglavnom, ne vole činjenicu da su naše teorije toliko ezoterične. S druge strane, čuo sam ponekad umetnike kako govore ponosito o svojim delima upravo zato što su dostupna samo maloj grupi vrhunskih znalaca, a onda opravdavaju ovaj svoj stav poredeći ga sa fizičkim teorijama kao što je opšta teorija relativnosti koju, takođe, mogu razumeti samo oni koji su uvedeni u to znanje. Moguće je da umetnici, kao i fizičari, ponekad ostaju neshvaćeni od strane masovne publike, ali biti 'zamumuljen i zakukuljen' zato što to voliš da budeš, to je, naprosto, smešno.
     Iako tragamo za teorijama koje su lepe zbog krutosti koja im je nametnuta jednostavnim osnovnim načelima, stvarati jednu teoriju ne znači naprosto matematički je izvoditi iz jednog skupa unapred određenih načela. Često se dešava da mi naša načela izmišljamo 'u hodu', dok radimo, ponekad upravo zato što će nas ona voditi ka željenoj vrsti krutosti. Ne sumnjam da je jedan od razloga što je Ajnštajn bio toliko zadovoljan svojom idejom o ekvivalenciji gravitacije i inercije bio i taj što je to načelo vodilo ka samo jednoj, prilično krutoj teoriji gravitacije, a ne ka nekoj beskrajnoj raznovrsnosti mogućih teorija gravitacije. Izvoditi posledice datog skupa dobro formulisanih fizičkih načela, to može biti teško ili lako, ali to je ono što fizičari nauče da rade još u srednjoj školi, i taj posao im, uglavnom, prija. Stvaranje novih načela fizike je užasno teško i, koliko nam je poznato, ne može se ni u kakvoj školi naučiti.
     Pomalo avetinjski - iako je lepota fizičkih teorija ugrađena u krute matematičke strukture zasnovane na jednostavnim osnovnim načelima - strukture koje poseduju tu vrstu lepote umeju da prežive čak i kad se dokaže da su načela, koja su ležala u njihovoj osnovi, bila pogrešna. Dobar primer za ovo jeste Dirakova teorija elektrona. Dirak je 1928. godine pokušavao da preuredi Šredingerovu verziju kvantne mehanike u terminima talasa čestica tako da ona dođe u sklad sa posebnom teorijom relativnosti. Ovaj napor vodio je Diraka zaključku da elektron mora imati izvestan spin, kao i da je Vaseljena ispunjena neopazivim elektronima negativne energije, čije odsustvo u nekoj tački može biti u laboratoriji opaženo kao prisustvo jednog elektrona sa suprotnim nabojem, dakle prisustvo antičestice elektrona. Ova njegova teorija stekla je ogroman ugled kad su 1932. u kosmičkim zracima otkrivene upravo takve čestice, za koje sada imamo naziv pozitroni. Dirakova teorija bila je ključni sastojak u onoj verziji kvantne mehanike koja je razvijana i sa velikim uspehom primenjivana u tridesetim i četrdesetim godinama dvadesetog veka. Ali mi danas znamo da je ovo Dirakovo gledanje bilo većim delom pogrešno. Pravi kontekst za pomirenje kvantne mehanike sa posebnom teorijom relativnosti nije ta relativistička verzija Šredingerove talasne mehanike za kojom je Dirak tragao, niti neka slična, nego jedan uopšteniji formalizam poznat kao kvantna teorija polja, koju su Hajzenberg i Pauli izložili 1929. U kvantnoj teoriji polja, ne samo što foton jeste jedan paketić energije jednog polja, elektromagnetnog, nego i elektron i pozitron jesu paketići energije elektronskog polja, a i sve ostale elementarne čestice jesu paketići energije raznih drugih polja. Dirakova teorija elektrona dala nam je, maltene pukim slučajem, iste rezultate kao i kvantna teorija polja za procese u kojima se javljaju samo elektroni, pozitroni i/ili fotoni. Ali kvantna teorija polja je opštija - ona uspeva objasniti i procese kao što je nuklearni beta raspad, koji nisu mogli biti objašnjeni Dirakovom teorijom. Ništa u kvantnoj teoriji polja ne zahteva da čestice imaju neki određeni spin. Elektron, eto, naprosto ima onaj spin koji je Dirakova teorija zahtevala, ali ima drugih čestica, sa drugim spinovima, a te druge čestice imaju svoje antičestice, i sve to neme nikakve veze sa 'negativnim energijama' o kojima je Dirak nagađao. Međutim, matematika Dirakove teorije je preživela do danas, kao bitni deo kvantne teorije polja; mora se predavati postdiplomcima na svakom visokom tečaju kvantne mehanike. Dakle, formalna struktura Dirakove teorije preživela je 'pogibiju' onih načela relativističke kvantne mehanike kojima se Dirak, izgrađujući svoju teoriju, rukovodio.
     Prema tome, matematičke strukture koje fizičari razvijaju poštujući načela fizike imaju čudnovatu prenosivost - možeš ih 'poneti' na drugo mesto, iz jednog konceptualnog okruženja u drugo; one mogu poslužiti mnogobrojnim, različitim svrhama, kao ključne kosti u vašim ramenima koje kod neke druge životinjske vrste spajaju krilo i telo (kod ptice) ili peraje i telo (kod delfina). Tačno je da nas načela fizike vode ka tim lepim strukturama, ali lepota ponekad opstane i kad sama ta načela ne opstanu.
     Jedno moguće objašnjenje za ovo dao je Nils Bor. Nagađajući godine 1922. o budućnosti njegove ranije teorije o atomskoj strukturi, napomenuo je da "matematika raspolaže samo ograničenim brojem oblika koji mogu biti prilagođeni Prirodi, pa se može desiti da čovek nabasa na prave oblike dok formuliše sasvim pogrešne koncepte". Ispostavilo se da je Borova prognoza o budućnosti njegove sopstvene teorije bila tačna: njena osnovna načela su napuštena, ali jedan deo njenog jezika i njenih metoda izračunavanja koristimo i danas.
     Upravo prilikom primene čiste matematike na fiziku, delotvornost estetskih sudova postaje u najvećoj meri zaprepašćujuća. Već svako zna da matematičare u njihovom radu pokreće želja da konstruišu formalizme koji će biti i konceptualno lepi. Engleski matematičar G. H. Hardi (G. H. Hardy) objasnio je da "obrasci u matematici, kao i oni u slikarstvu ili poeziji, moraju biti lepi. Ideje se, kao i boje ili reči, moraju uklapati harmonično. Lepota je prvi test. Nema trajnog opstanka ružnoj matematici." A ipak, te matematičke strukture koje matematičari, po sopstvenom priznanju, razvijaju zato što tragaju za jednom vrstom lepote, kasnije često posluže fizičarima i pokažu se kao izvanredno korisne.
     Radi ilustracije, vratimo se opet primeru neeuklidovske geometrije i opšte teorije relativnosti. Posle Euklida, matematičari su još dva milenijuma pokušavali otkriti da li su razne osnovne postavke, koje leže u temeljima njegove geometrije, logički nezavisne jedna od druge. Ako Euklidovi postulati nisu nezavisni, ako se neki od njih mogu izvesti iz nekih drugih, onda je moguće odbaciti one suvišne i dobiti jednu ekonomičniju, pa time i lepšu formulaciju geometrije. Ovaj napor došao je do vrhunca u ranim godinama devetnaestog veka, kad su 'princ geometara' Karl Fridrih Gaus (Carl Friedrich Gauss) i još neki naučnici razvili jednu neeuklidovsku geometriju, koja važi za jednu vrstu zakrivljenog prostora i zadovoljava sve Euklidove postulate osim petog. Ovo je pokazalo da je Euklidov peti postulat uistinu logički nezavisan od ostalih. Ta nova geometrija razvijena je da bi se dao konačan odgovor na jedno istorijsko pitanje o temeljima geometrije, a ne da bi ikome bila od ikakve koristi u stvarnom svetu, na koji, mislilo se, i ne može biti primenjena.
     Zatim je neeuklidovsku geometriju proširio jedan od najvećih matematičara svih vremena, Georg Fridrih Bernard Riman. Pretvorio ju je u opštu teoriju zakrivljenih prostora sa dve, tri ili ma koliko mnogo dimenzija. Matematičari su nastavili razrađivati Rimanovu teoriju zato što je bila tako divna, iako nisu ni pomišljali da bi mogla biti primenjena na bilo šta u fizici. Njena lepota bila je, dobrim delom, opet lepota neminovnosti. Kad počneš razmišljati o zakrivljenim prostorima, gotovo neizbežno kreneš ka onim matematičkim vrednostima (kao što su 'metrika', 'afinska povezanost', 'tenzori krivine' i tako dalje) koje su sastojci i Rimanove geometrije. Kad je Ajnštajn počeo razvijati opštu teoriju relativnosti, shvatio je da postiji jedan način da izrazi svoje ideje o onoj simetriji koja dovodi u vezu različite referentne sisteme, a to je da pripiše gravitaciju zakrivljenju prostorvremena. Tada je zapitao jednog prijatelja, Marsela Grosmana (Marcel Grossman), postoji li ikakva matematička teorija zakrivljenih prostora - dakle, ne samo zakrivljenih dvodimenzionih površina u običnom euklidovskom trodimenzionom prostoru, nego zakrivljenih trodimenzionih prostora, ili čak zakrivljenih četvorodimenzionih prostora. Grosman je saopštio Ajnštajnu dobru vest da i te kako postoji jedan takav matematički formalizam, koji su razvili Riman i drugi, i zatim ga naučio toj matematici, koju je Ajnštajn onda ugradio u opštu teoriju relativnosti. Ta matematika bila je spremna i čekala je Ajnštajna, a on ju je iskoristio, iako, po mom uverenju, Gaus, Riman i drugi matematičari devetnaestog veka koji su se bavili diferencijalnom geometrijom ni sanjali nisu da će njihov rad ikada biti primenjen u fizičkim teorijama gravitacije.
     Jedan još čudniji primer daje nam istorija načela unutrašnje simetrije. U fizici, za načela unutrašnje simetrije tipično je da nameću jednu vrstu porodične strukture meniju mogućih čestica. Prvi poznati primer takve porodice dale su dve čestice koje sačinjavaju obična atomska jezgra: proton i neutron. Proton i neutron imaju gotovo sasvim istu masu, pa kad je Džejms Čedvik (James Chadwick) otkrio neutron godine 1932, bilo je prirodno pretpostaviti da jake nuklearne sile (koje doprinose masi protona i masi neutrona) poštuju jednu jednostavnu simetriju: naime, da će jednačine koje upravljaju tim silama očuvati svoj oblik ako u njima protoni i neutroni svuda zamene uloge. Ovo bi nam reklo nekoliko stvari: između ostalog, kazalo bi nam da je jaka nuklearna sila između dva neutrona jednaka kao i između dva protona, ali nam ne bi reklo ništa o sili između jednog protona i jednog neutrona. Nastalo je, prema tome, izvesno iznenađenje kad su opiti pokazali, godine 1936, da nuklearna sila između dva protona jeste približno ista kao između jednog protona i jednog neutrona. Ovo opažanje navelo je naučnike na zamisao o jednoj simetriji koja se neće zaustaviti samo na običnim zamenama mesta protona i neutrona, o simetriji pod stalnim transformacijama koje pretvaraju protone i neutrone u čestice koje jesu mešavine, pomalo su proton, a pomalo i neutron, sa proizvoljnom verovatnoćom da budu jedno ili drugo.
     Ove simetrijske transformacije deluju na onu malu 'etiketu' koja je 'zalepljena' na česticu i koja kaže šta ta čestica jeste; deluju na jedan način koji je matematički isti kao delovanje običnih rotacija u tri dimenzije na spinove čestica poput protona, neutrona ili elektrona. Imajući ovaj primer na umu, do šezdesetih godina dvadesetog veka mnogi fizičari su prećutno podrazumevali da unutrašnje simetrijske transformacije koje ostavljaju zakone prirode neizmenjene moraju imati oblik rotacija u nekom unutrašnjem prostoru sa dve, tri ili više dimenzija, nalik rotacijama kojima se proton zaokrene u neutron ili neutron u proton. Tada raspoloživi udžbenici o primeni načela simetrije na fiziku (uključujući klasične udžbenike Hermana Vejla /Hermann Weyl/ i Eugena Vignera) davali su samo sasvim oskudan nagoveštaj o tome da ima i drugih matematičkih mogućnosti. Tek kad je otkriveno mnoštvo novih vrsta čestica u kosmičkim zracima i u akceleratorima kao što je bio 'Bevatron' u Berkliju pred kraj pedesetih godina, svet teorijske fizike bio je primoran da vidi izvesne šire mogućnoti unutrašnjih simetrija. Ove čestice kao da su bile grupisane u neke svoje porodice, kudikamo brojnijeg sastava nego što je jednostavni par blizanaca - proton i neutron. Na primer, nađeno je da proton i neutron imaju jaku porodičnu sličnost sa šest drugih čestica, koje su dobile naziv hiperoni, a koje imaju jednak spin i sličnu masu. Kakva unutrašnja simetrija je omogućila postojanje takvih proširenih rodbinskih grupa?
     Oko godine 1960. fizičari koji su proučavali ovo pitanje počeli su tražiti pomoć u litereturi matematike. Tamo su naišli na divno iznenađenje. Ispostavilo se da su matematičari već ranije napravili, u izvesnom smislu reči, katalog svih mogućih vrsta simetrije. Potpun skup transformacija posle kojih nešto ostaje neizmenjeno, bez obzira na to da li je to 'nešto' jedan zakon prirode ili neki opipljivi predmet, daje matematičku strukturu koja je poznata kao grupa, pa je zato opšta matematika simetrijskih transformacija poznata kao 'teorija grupa'. Svaku grupu odlikuju apstraktna matematička pravila koja ne zavise od onoga što se transformiše, baš kao što pravila aritmetike ne zavise od toga šta sabiramo ili oduzimamo. Onaj meni koji pokazuje koji su tipovi porodica dozvoljeni nekom određenom simetrijom zakona prirode u celosti je naložen matematičkom strukturom te grupe simetrije.
     One grupe transformacija koje deluju neprekidno, kao što su rotacije u običnom prostoru ili mešanja elektrona i neutrina u elektroslaboj teoriji, imaju naziv Lijeove grupe, zato što ih je otkrio norveški matematičar Sofus Lije (Sophus Lie). Francuski matematičar Eli Kartan (Élie Cartan) dao je u svojoj doktorskoj disertaciji godine 1894. popis svih 'jednostavih' Lijevih grupa, iz kojih je moguće izgraditi sve druge takve grupe kombinovanjem njihovih transformacija. Godine 1960. Gel-Man (Gell-Mann) i izraelski fizičar Juval Neeman (Yuval Ne'eman) pronašli su, radeći nezavisno jedan od drugoga, da jedna od ovih jednostavnih Lijevih grupa, poznata kao SU(3), može sasvim tačno nametnuti porodičnu strukturu gomili elementarnih čestica manje-više sličnoj onoj gomili koja jeste opitno otkrivena. Gel-Man je pozajmio jedan termin iz budizma i ovom načelu simetrije nadenuo naziv 'osmostruki put', zato što su se bolje poznate čestice svrstale u porodice sa po osam članova, kao što su neutron, proton i njihovo šestoro braće i sestara. Tada još nisu sve takve porodice bile potpune; na primer, bila je potrebna jedna nova čestica da bi se kompletirala porodica od deset čestica koje jesu slične protonu, neutronu i hiperonima, ali imaju tri puta veći spin. Jedan od velikih uspeha nove SU(3) simetrije nastupio je kad je predskazana čestica pronađena 1964. u Brukhejvenu i kad se pokazalo da ima onu masu koju je Gel-Man procenio da će imati.
     A ipak, tu teoriju grupa, za koju se pokazalo da je toliko važna u fizici, smislili su matematičari, i to iz razloga koji su bili čisto unutrašnja 'matematičarska posla'. Temelj teorije grupa udario je početkom devetnaestog veka Evarist Galoa (Evariste Galois), dok je davao dokaz da ne postoje opšte formule za rešavanje izvesnih algebarskih jednačina (onih u kojima se pojavljuje nepoznata veličina podignuta na peti ili viši stepen). Ni Galoa, ni Lije, ni Kartan nisu slutili kakvu će primenu teorija grupa naći u fizici.
     Veoma je čudnovato da matematičari, vođeni svojim osećanjem za matematičku lepotu, razvijaju formalne strukture koje fizičarima tek kasnije postanu korisne, iako matematičari nisu ni pomišljali na takvu svrhu. U jednom svom poznatom eseju, fizičar Eugen Vigner daje ovoj pojavi naziv 'nerazumna uspešnost matematike'. Fizičari, uglavnom, nalaze da ta sposobnost matematičara da unapred spreme onu matematiku koja će tek mnogo kasnije biti njima potrebna jeste pomalo jeziva, poput priča o duhovima. To vam je kao da je Nil Armstrong (Neil Armstrong), zakoračivši prvi put na površinu Meseca, tamo našao otiske stopala Žila Verna.
     Zapitajmo se, onda: odakle to fizičar dobije osećanje za lepotu, koje će mu pomoći ne samo prilikom otkrivanja teorija o stvarnom svetu, nego i prilikom ocenjivanja valjanosti fizičkih teorija, ponekad uprkos suprotnim opitnim dokazima? I kako to može matematičarevo osećanje za lepotu dovesti do pravljenja struktura koje će decenijama ili vekovima kasnije biti korisne fizičarima, iako se možda ti matematičari nisu uopšte zanimali za fiziku?
     Meni se čini da postoje tri moguća prihvatljiva objašnjenja, od kojih su dva primenjiva na ukupnu nauku, a treće ograničeno na najtemeljnije oblasti fizike. Prvo objašnjenje bilo bi da Vaseljena sama po sebi deluje na nas kao nasumična, neekonomična, ali ipak na dugi rok uspešna mašina za učenje. Baš kao što su se, kroz beskrajan niz slučajnih događaja, atomi ugljenika, kiseonika i vodonika spojili i dali primitivne oblike života koji su kasnije evoluirali u protozoe, ribe i ljude, tako isto se i naše viđenje svemira postupno razvijalo kroz proces prirodnog odabiranja ideja. Nebrojeno puta smo pokušavali raditi i misliti pogrešno, i toliko smo se ugruvali da nam je najzad 'svanulo' da priroda jeste onakva kakva jeste; štaviše, i navikli smo se da to kakva ona jeste smatramo lepotom.
     Pretpostavljam da bi svako na ovaj način objasnio zašto konjičkom treneru njegovo osećanje za lepotu konja pomaže, kad mu pomaže, da odabare budućeg pobednika. Taj čovek je proveo mnogo godina pored staze hipodroma, gledao je mnoge konje kako pobeđuju ili gube, i osposobio se da izvesne vizuelne nagoveštaje povezuje (mada ne i da to rečima objasni) sa verovatnoćom da će takav konj pobediti.
     Jedna od stvari koje čine da je istorija nauke tako očaravajuća za čitanje jeste i to da možete pratiti kako je naša vrsta lagano učila kakvu vrstu lepote da očekuje u prirodi. Jednom prilikom, vratio sam se u izvornu literaturu iz tridesetih godina dvadesetog veka, i to onu o najranijem načelu unutrašnje simetrije u atomskoj fizici, a to je načelo koje sam već pominjao, ono o simetriji između protona i neutrona. Moj cilj bio je da nađem neki određeni istraživački članak u kome je prvi put načelo simetrije bilo prikazano onako kako bi danas bilo prikazano, kao jedna osnovna činjenica koja u nuklearnoj fizici stoji samostalno, nezavisno od ma koje podrobne teorije o nuklearnim silama. Ali nisam našao nijedan takav članak. Čini se da je u tridesetim godinama dvadesetog veka naprosto bilo nedolično pisati radove zasnovane na načelima simetrije. Dolično je bilo pisati radove o nuklearnim silama. Pa, ako ispadne da te sile imaju i neku simetriju, utoliko bolje, jer u tom slučaju, ako znaš silu proton-neutron, ne moraš nagađati kolika je sila proton-proton. A samo načelo simetrije po sebi nije bilo smatrano, koliko sam ja uspeo otkriti, nečim što bi moglo da legitimizuje jednu teoriju i učini je lepom. Načela simetrije bila su smatrana matematičkim trikovima; pravi posao fizičara bio je da utvrđuje pojedinosti o dinamici onih sila koje mi opažamo.
     Danas u nama postoji drugačije osećanje za te stvari. Ako bi eksperimentatori otkrili neke nove čestice koje bi sačinjavale neke nove vrste porodica kao što je par proton-neutron, u pošti bi se odmah našle stotine separata teorijskih članaka u kojima bi se spekulisalo o tome koja vrsta simetrije leži ispod te nove porodične strukture; a ako bi se otkrila neka nova sila, svi bismo se mi bacili na spekulacije o onoj simetriji koja nalaže postojanje takve sile. Očigledno, izmenjeni smo dejstvom svemira koji je radio kao mašina za učenje i nametnuo nam jedno osećanje lepote sa kojim naša vrsta nije rođena.
     Čak i matematičari žive u stvarnoj Vaseljeni i reaguju na lekcije koje u njoj dobijaju. Euklidovu geometriju su predavali dečici u školama već, evo, dva milenijuma kao gotovo savršen primer apstraktnog deduktivnog razmišljanja, ali mi smo u ovom veku naučili iz opšte teorije relativnosti da euklidovska geometrija uspeva tako dobro samo zato što je gravitaciono polje na površini Zemlje prilično slabo, tako da prostor u kome živimo nije primetno zakrivljen. Formulišući svoje postulate, Euklid je, zapravo, nastupao kao fizičar, iskoristio je iskustvo svoga života provedenog u slabim gravitacionim poljima helenističke Aleksandrije da bi načinio teoriju nezakrivljenog prostora. On nije znao koliko je ograničena i uslovljena njegova geometrija. Zapravo, mi smo tek srazmerno nedavno naučili da pravimo razliku između čiste matematike i nauke na koju se ona primenjuje. Lukasovska katedra na Kembridžu, koju su držali Njutn i Dirak, bila je (a i danas je) zvanično katedra za profesora koji predaje matematiku, a ne fiziku. Tek kad su Ogisten-Luj Koši (Augustin-Louis Cauchy) i drugi početkom devetnaestog veka razvili svoj rigorozni i apstraktni matematički stil, matematičari su usvojili ideal da njihov rad bude nezavisan od životnog iskustva i običnog zdravog razuma.
     Drugi razlog što očekujemo da uspešne naučne teorije budu lepe jeste naprosto taj što naučnici imaju sklonost da odabiraju one probleme za koje je verovatno da imaju lepa rešenja. Isto možda važi čak i za našeg prijatelja konjičkog trenera. On trenira konje da pobeđuju na trkama; on je naučio da prepoznaje koji konji će najverovatnije pobeđivati, i takve naziva lepim; ali ako ga povedete u stranu i obećate mu da nećete nikome reći šta je pričao, on će vam možda priznati da je u taj konjičko-trenerski posao ušao zato što konji koje trenira jesu tako divne životinje.
     Jedan dobar primer u fizici daje nam pojava glatkog faznog prelaza,Ja ih nazivam 'glatki', ali često ih zovu i 'fazni prelazi drugog reda'. Ovim se hoće napraviti razlika između njih i 'faznih prelaza prvog reda' kao što je ključanje vode na 100 stepeni ili topljenje leda na 0 stepeni Celzijusa, u kojima se osobine materijala izmene diskontinuirano. Potrebna je izvesna količina energije (takozvana latentna toplota) da bi se led čija je temperatura 0 stepeni pretvorio u vodu čija je temperatura takođe 0 stepeni, ili tečna voda čija je temperatura 100 stepeni pretvorila u vodenu paru iste te temperature; ali nije potrebna nikakva dodatna energija da bi se izbrisao magnetizam jednog komada gvožđa kad se njegova temperatura podigne tačno na Kirijevu tačku. kakav je, recimo, onaj u kome magnetizam spontano nestane kad gvozdeni trajni magnet zagrejemo na tempereturu višu od 770 stepeni, koja je poznata kao Kirijeva (Curie) temperatura. Pošto je to glatki prelaz, magnetizacija tog komada gvožđa postepeno se primiče nuli dok se temperatura primiče Kirijevoj tački. Iznenađujuća stvar u takvim faznim prelazima jeste način na koji magnetizacija opada na nulu. Procene raznih energija magneta navele su fizičare da očekuju da, kad je temperatura samo malo ispod Kirijeve tačke, magnetizacija bude naprosto srazmerna kvadratnom korenu razlike između Kirijeve tačke i temperature u tom trenutku. Umesto toga, opitno je opaženo da je magnetizacija srazmerna toj razlici podignutoj na 0,37. Drugim rečima, zavisnost magnetizacije od temperature je negde između srazmernosti kvadratnom korenu (a to je stepenovanje na 0,5) i srazmernosti kubnom korenu (a to je stepenovanje na 0,33) razlike između Kirijeve tačke i temperature u tom trenutku.
     Prilikom stepenovanja, eksponenti kao što je 0,37 zovu se kritični, mada im se ponekad pridoda pridev 'neklasični' ili 'anomalni' zato što nisu ono što se očekivalo. Primećene su i neke druge vrednosti koje se tako ponašaju, u tom faznom prelazu, ali i u nekim drugim faznim prelazima; u nekim od tih slučajeva, eksponenti su bili tačno isti. To nije neka sama po sebi 'glamurozna' pojava kao što su crne rupe ili širenje svemira. Pa ipak, neki od najblistavijih teorijskih fizičara sveta radili su na problemu kritičnih eksponenata, a rešili su ga tek 1972. godine Kenet Vilson (Kenneth Wilson) i Majkl Fišer (Michael Fischer), obojica tada na Univerzitetu Kornel. Čovek bi pomislio da je veća praktična korist od tačnog izračunavanja Kirijeve tačke. Zašto bi barjaktari teorije o kondenzovanoj materiji dali toliko preimućstvo problemu kritičnih eksponenata?
     Mislim da je problem kritičnih eksponenata privukao toliko pažnje zato što su fizičari ocenili da će on imati neko lepo rešenje. Nagoveštaji koji su to sugerisali bili su, pre svega, univerzalnost te pojave - naime, činjenica da su isti kritični eksponenti iskrsavali u veoma različitim problemima - a zatim i činjenica da su fizičari stekli naviku da neke od najbitnijih osobina fizičkih pojava pronalaze tako što će formulisati zakone u kojima su jedne fizičke veličine dobijene stepenovanjem nekih drugih fizičkih veličina, kao što je to, recimo, sa zakonom da gravitacija opada upravo srazmerno povećanju kvadrata rastojanja. Kao što se pokazalo, teorija kritičnih eksponenata ima takvu jednostavnost i takvu neizbežnost da je svakako jedna od najlepših u celoj fizici. Nasuprot tome, problem izračunavanja tačne temperature za fazne prelaze raznih materijala sav je nešto 'muljav', moraš uračunati zapetljane sitnice o gvožđu ili bilo kojoj drugoj tvari za koju izračunavaš tu tačku; zato se tim problemom bave oni koji iz nekog razloga to moraju ili oni koji nemaju šta bolje da rade.
     U nekim slučajevima, izjalovile su se početne nade naučnika da će otkriti lepu teoriju. Dobar primer za to je genetski kod. Frensis Krik u svojoj autobiografiji opisuje kako je posle otkrića dvostrukog heliksa kao strukture DNK, što su postigli on i Džejms Votson, pažnja molekularnih biologa bila usmerena na pokušaje da se 'provali' kod pomoću koga ćelija tumači seriju hemijskih oznaka okačenih redom na te dve uporedne spirale DNK. Te oznake su ćeliji 'recept' za građenje odgovarajućih molekula belančevina. Bilo je već poznato da su belančevine sagrađene od lanaca aminokiselina, da ima samo dvadeset aminokiselina koje su iole od ikakvog značaja kod ogromne većine biljaka i životinja, da informacija za odabir ove, a ne one aminokiseline za ugradnju u svako sledeće mesto u molekulu belančevine jeste preneta tako što su tu nameštena tri uzastopna para hemijskih jedinica zvanih 'baze', i da postoje samo četiri različite vrste takvih 'baza'. Dakle, u procesu tumačenja genetskog koda postoje tri uzastopna izbora u kojima se svaki put bira između četiri moguća para baza (kao da izaberete redom tri karte iz špila karata u kome ni na jednoj karti ne postoji nijedan broj niti lik, ali je na svakoj karti jedna od moguće četiri oznake). Na taj način se izdiktira koja će aminokiselina (od dvadeset mogućih) biti sledeća dodata molekulu belančevine; posle nje, koja sledeća; posle nje, koja sledeća, i tako dalje, redom. Molekularni biolozi su izmislili svakojaka elegantna načela koja bi mogla upravljati ovim kodom; na primer, da ni jedna jedina informacija ne može, pri odabiranju između ta tri bazna para, biti prisutna beskorisno; ili da svaka informacija koja jeste tu, a nije potrebna za određenje sledeće po redu aminokiseline, jeste korisna za otkrivanje grešaka, kao ono kad kompjuteri još malo porazgovaraju između sebe da provere da li je prenos informacija uspešno obavljen. Odgovor je pronađen početkom šezdesetih godina, ali ispalo je da je sasvim drugačiji. Genetski kod je jedna teška brljotina. Neke aminokiseline su pozvane ne jedanput, nego više puta - dakle, za to je utrošeno više od jednog tripleta baznih parova; neki tripleti jesu prisutni u genetskom kodu, ali ne služe baš ničemu. Genetski kod nije baš onoliko loš koliko bi jedan nasumično nabacan kod bio, što nam pokazuje da je tokom evolucije došlo do određenih poboljšanja, ali danas bi svaki inženjer komunikacija umeo dizajnirati bolji kod. Razlog je, dabome, taj što genetski kod uopšte nije dizajniran; nije ga planirao niko. On se razvio kroz jedan niz slučajnih i nasumičnih događaja kad se pojavio život na Zemlji, i od tada pa do danas nasleđuju ga svi organizmi, u manje-više istom obliku u kakvom je i nastao. Ali genetski kod je za nas, dakako, do te mere značajan da ga moramo proučavati bez obzira na to koliko je lep ili ružan. Ipak, malčice je razočaravajuće to što se nije pokazao lep.
     Poneki put, kad nas naše osećanje za lepotu izneveri, to je zato što smo precenili temeljnost onoga što smo pokušavali objasniti. Slavni primer ovoga jeste rad mladog Johana Keplera u vezi sa veličinom planetnih orbita.
     Kepleru je bio poznat jedan od najlepših zaključaka grčkih matematičara, koji se odnosio na takozvana Platonova čvrsta tela. To su predmeti u tri dimenzije, ograničeni ravnim površima, pri čemu svaki rogalj, svaka površ i svaka ivica jesu tačno isti kao svaki drugi rogalj, površ i ivica. Odmah pomislite na jedan primer ovoga: to je kocka. Grci su otkrili da postoji samo pet Platonovih tela: kocka, trostrana piramida, dvostruka trostrana piramida, oktaedar (koji ima osam stranica) i ikosaedar (koji ima dvadeset stranica). (A nazivaju se Platonova zato što je Platon u svom delu Timaj tvrdio da se ta tela poklapaju u odnosu jedan prema jedan sa navodnih pet elemenata prirode; kasnije je Aristotel osporio ovo gledište kao pogrešno.) Platonova tela daju izvanredan primer matematičke lepote; to otkriće ima istu onu vrstu lepote kao Kartanov katalog svih mogućih načela kontinualne simetrije.
     Kepler je u svom delu Mysterium cosmographicum tvrdio da postojanje pet i samo pet Platonovih tela objašnjava zašto postoji (osim Zemlje) još samo pet planeta: Merkur, Venera, Mars, Jupiter i Saturn. (Tek kasnije su otkriveni Uran, Neptun i Pluton.) Svakoj od tih pet planeta Kepler je pripisao da je u nekoj vezi sa po jednim Platonovim telom, a zatim je nagađao da će poluprečnik orbite svake planete biti srazmeran poluprečniku odgovarajućeg Platonovog tela kad su ta tela ugrađena jedno u drugo, odgovarajućim redom. Kepler je pisao da je radio na tumačenju nepravilnosti planetnog kretanja "sve dok ih nije konačno uklopio u zakone prirode".
     Naučniku danas može izgledati kao skandal to da je jedan od osnivača moderne nauke izmišljao toliko neosnovane modele Sunčevog sistema. Skandal ne samo zato što ta Keplerova zamisao nije odgovarala opaženim orbitama u Sunčevom sistemu (a nije), nego, u mnogo većoj meri, zato što znamo da ta vrsta nagađanja nije prikladna za Sunčev sistem. Ali Kepler nije bio budala. Vrsta spekulativnog razmišljanja koje je on primenio na Sunčev sistem veoma je slična onoj vrsti teoretisanja kojim se bave fizičari čestica danas; mi ništa ne povezujemo sa Platonovim telima, ali zato verujemo, na primer, u međusobno odgovarajuće veze između različitih mogućih vrsta sile i različitih članica Kartanovog kataloga svih mogućih simetrija. Kepler je pogrešio ne zato što je nagađao na taj način, nego zato što je pretpostavio (kao i većina filozofa pre njega) da su planete važne.
     Naravno da jesu u ponečemu važne. Na jednoj od njih mi obitavamo. Ali njihovo postojanje nije ni na kom temeljnom nivou ugrađeno u zakone prirode. Sada razumemo da planete i njihove orbite predstavljaju ishod niza istorijskih slučajnosti i da, iako nam fizičke teorije mogu reći koje orbite jesu stabilne, a koje bi bile haotične, nema razloga za verovanje da između veličina njihovih orbita može biti uspostavljena ijedna veza koja bi bila matematički jednostavna i divna.
     Divne odgovore očekujemo onda kad proučavamo probleme koje su zaista u temelju prirode. Verujemo da ćemo, ako pitamo zašto svet jeste takav kakav jeste, a onda pitamo zašto dobijeni odgovor jeste takav kakav jeste, i ako tako nastavimo, na kraju tog lanca objašnjavanja naći nekoliko jednostavnih i neodoljivo lepih načela. Ovo verujemo između ostalog i zato što nas je iskustvo naučilo, tokom istorije, da kad zagledamo ispod površine raznih stvari, nalazimo sve više i više lepote. Platon i neoplatonisti učili su nas da lepota koju vidimo u prirodi jeste odraz lepote onog krajnjeg što postoji, lepote noumenona. I za nas, i te kako, lepota sadašnjih teorija jeste jedan nagoveštaj, jedno predosećanje lepote konačne teorije. U svakom slučaju, nijednu teoriju nećemo prihvatiti kao konačnu ako ne bude lepa.
     Iako još nemamo pouzdano osećanje gde u svom radu treba da se oslonimo na osećanje za lepotu, a gde ne, u fizici elementarnih čestica estetske ocene ipak kao da daju sve bolje i bolje rezultate. Po meni, to je dokaz da idemo u dobrom pravcu i da, možda, nismo mnogo daleko od cilja.

7. PROTIV FILOZOFIJE

     Odlazio sam, mlad, kod sveštenika i doktora,
     njihove rasprave željno sam slušao,
     ali uvek izlazio posle silnih rasprava
     na ista vrata kroz koja sam i ušao.

     Edvard Ficdžerald, Rubaijat Omara Kajama

     Fizičarima toliko pomažu subjektivne i često nejasne estetske ocene, da bi čovek mogao očekivati da će nam pomoći i filozofija, iz koje se, najzad, razvila sva naša nauka. Može li nam filozofija dati ikakvo usmerenje ka konačnoj teoriji?
     Meni se čini da filozofija danas za fiziku ima otprilike onu vrednost kao što su imale rane nacionalne države za svoje narode. Nije veliko preterivanje kazati da je, do uvođenja poštanske službe, glavni zadatak nacionalnih država bio da štite svoje narode od drugih nacionalnih država. Uvidi pojedinih filozofa bili su pokatkad od koristi fizičarima, ali samo na negativan način - tako što su ih štitili od predrasuda drugih filozofa.
     Ne želim ovde izvlačiti pouku da fizika najbolje uspeva bez ikakvih predrasuda. U svakom trenutku postoji tako mnogo stvari koje bi se mogle raditi, tako mnogo prihvaćenih načela koja bi se mogla osporavati, da čovek, ako se ne bi rukovodio bar nekim predrasudama, ne bi mogao učiniti baš ništa. Stvar je naprosto u tome što od filozofije, uglavnom, nismo dobijali one prave, korisne predrasude. U našem lovu na konačnu teoriju, fizičari više liče na lovačke pse nego na jastrebove: naučili smo da njuškamo po tlu u potrazi za tragovima lepote koju očekujemo u zakonima prirode, i to nam uspeva, ali da ugledamo stazu ka istini sa visova filozofije - to nam nikako ne uspeva.
     Fizičari, dabome, nose sa sobom jednu vrstu radne filozofije. Kod većine nas, to je jedan grubo izdeljani realizam, jedno verovanje u objektivnu stvarnost sastojaka naših naučnih teorija. Ali to smo učili uglavnom kroz iskustvo naučnog istraživanja, a retko kad iz pouka dobijenih od filozofa.
     Ne znači to da filozofija nema baš nikakve vrednosti; ima, a neke od tih vrednosti nisu ni u kakvoj vezi sa naukom. Čak ne mislim tvrditi da filozofija nema baš nikakve vrednosti za nauku; ima, ali meni se čini da su te vrednosti u najboljem slučaju jedan za oko prijatan lakirani sloj namazan preko istorije i dostignuća nauke. Ne bi trebalo da očekujemo da će današnjim naučnicima filozofija ponuditi ikakvo korisno usmerenje za rad niti nagoveštaj šta je verovatno da će oni otkriti.
     Trebalo bi da priznam da ovo shvataju i sami filozofi, mnogi od njih. Osvrćući se na tri decenije svog profesionalnog pisanja o filozofiji nauke, filozorf Džordž Gejl (George Gale) zaključuje: "Ove maltene tajanstvene rasprave, na rubu sholastičkog, mogle su zainteresovati samo najmanji broj aktivnih naučnika". Vitgenštajn (Wittgenstein) je primetio: "Ništa mi ne izgleda tako malo verovatno kao pretpostavka da će neki naučnik ili matematičar, ako pročita moja dela, u svom kasnijem radu biti ozbiljno pod njihovim uticajem".
     Ovo nije samo pitanje naučnikove intelektualne lenjosti. Strašna je muka prekidati svoj posao da bi učio jednu novu disciplinu, ali mi naučnici radimo i to, kad moramo. U raznim razdobljima, ja sam uspevao da izdvojim vreme od svog posla da bih naučio svakovrsne druge stvari čije mi je poznavanje zatrebalo, od diferencijalne topologije do 'Majkrosoftovog' DOS-a. Stvar je naprosto u tome što se ne vidi kako bi poznavanje filozofije moglo biti korisno fizičarima - uvek uz onaj izuzetak da nam rad nekih filozofa pomaže da izbegnemo greške drugih.
     Pošteno je da priznam, kad izričem ovakav sud, svoje ograničenosti i pristrasnosti. Nekoliko godina sam kao student bio zanesen filozofijom, a onda sam se razočarao. Uvidi onih filozofa koje sam ja proučavao izgledali su mi mutni i tamni u poređenju sa zasenjujućim uspesima fizike i matematike. Od tih dana pa do danas, ja sam ponekad pokušavao čitati najnovija dela iz oblasti filozofije nauke. Našao sam da su neka od njih napisana žargonom tako neprobojnim, da naprosto moram zaključiti da su pisana sa ciljem da budu zadivljeni oni koji ne razlikuju nejasnost od dubokoumnosti. Poneki od tih tekstova bili su dobri za čitanje, pa čak i duhoviti, na primer spisi Vitgenštajna i Paula Fajerabenda. Ali vrlo retko sam sticao utisak da imaju ikakve veze sa onim što je meni poznato kao naučni rad. Prema Fajerabendu, neki filozofi su razvili tako uzak pojam naučnog objašnjenja da, po njima, nikada ne može jedna teorija objasniti drugu; to bi začilo da moje pokolenje fizičara čestica ne bi imalo šta da radi.
     Čitaocu se može učiniti (naročito ako je profesionalni filozof) da naučnik koji toliko nema sluha za filozofiju nauke treba da zaobiđe tu temu, i to graciozno, na vrhovima prstiju, i da je prepusti stručnjacima. Poznato mi je šta filozofi misle o amaterskim pokušajima pojedinih naučnika da se bave filozofijom. Ali moja namera ovde i nije da glumim filozofa, nego da budem oličenje nepopravljivog naučnika-praktičara koji se svakog dana laća svog posla, ali mu u tome nimalo ne pomaže profesionalna filozofija. Nisam jedini takav; ne poznajem nikoga ko je išta doprineo napretku fizike u razdoblju posle Drugog svetskog rata, a da mu je rad ijednog filozofa značajno pomogao. U prethodnom poglavlju pomenuo sam problem onoga što Vigner naziva 'nerazumna uspešnost' matematike; a sad želim razmotriti jednu jednako zbunjujuću pojavu, nerazumnu uspešnost filozofije.
     Čak i kad su, u prošlosti, pojedine filozofske doktrine bile neko vreme od koristi naučnicima, zadržale su se posle toga na snazi, u većini slučajeva, predugo, tako da su napravile, sve u svemu, više štete nego koristi. Uzmimo za primer mnogo slavljenu doktrinu zvanu 'mehanicizam'. Bilo je to učenje da priroda dejstvuje pomoću guranja i vučenja materijalnih čestica ili tečnosti. U antičkom svetu nijedno filozofsko učenje nije moglo biti naprednije od toga. Još od kad su presokratovski filozofi Demokrit i Leukip počeli spekulisati o atomima, zamisao da prirodne pojave imaju mehaničke uzroke suprotstavljala se popularnim verovanjima u bogove i demone. Helenistički kultni vođa Epikur uveo je u svoje učenje mehanicistički pogled na svet upravo da bi suzbio verovanje u olimpske bogove. Kad je Rene Dekart (RenQ Descartes) otpočeo tridesetih godina sedamnaestog veka svoj veliki pokušaj da racionalno shvati svet, bilo je prirodno da opiše prirodne sile, kao što je gravitacija, na mehanicistički način, kao vrtloge u nekom materijalnom fluidu koji ispunjava sav prostor. Ova Dekartova 'mehanicistička filozofija' imala je moćan uticaj na Njutna, ne zato što je bila tačna (Dekart kao da nije došao na modernu pomisao da valjanost teorija proveri količinskim merenjima) nego kao primer za jednu vrstu teorije koja bi omogućila da se u prirodi nađe neki razum i red. Mehanicizam je dostigao svoj zenit u devetnaestom veku, kad su hemija i toplota savršeno dobro objašnjene u terminima atoma. Čak i danas, mnogim ljudima mehanicizam izgleda kao jednostavna logična suprotnost sujeverju. U istoriji ljudske misli, mehanicizam je odigrao herojsku ulogu.
     I upravo u tome je nevolja. U nauci, kao i u politici ili ekonomiji, velika nam opasnost preti od herojskih zamisli koje su nadživele svoju korisnost. Zbog svoje junačke prošlosti, mehanicizam je imao takav prestiž, da je Dekartovim sledbenicima bilo teško da prihvate Njutnovu teoriju Sunčevog sistema. Kako može jedan dobar kartezijanac, uveren da se sve prirodne pojave mogu svesti na međusobna sudaranja i guranja raznih čvrstih tela ili tečnosti, prihvatiti Njutnovu tvrdnju da Sunce doseže Zemlju jednom silom koja prolazi preko sto pedeset miliona kilometara praznog prostora? Tek kad se dobro zašlo u osamnaesti vek, filozofi na kontinentu počeli su se osećati lagodno u prisustvu zamisli da nešto može delovati iz daljine. Na kraju su Njutnove ideje preovladale, oko 1720. godine, i na evropskom kontinentu, i to u Holandiji, Italiji, Francuskoj i Nemačkoj (tim redom), a i u Britaniji. Dabome da je to bilo dobrim delom pod uticajem filozofa kao što su Volter (Voltaire) i Kant (Kant). Ali i ovde je usluga filozofije bila od one negirajuće vrste: ona je pomogla da se nauka oslobodi stega same filozofije.
     Čak i posle trijumfa njutnizma, mehanicistička filozofija nastavila je da cveta u fizici. Teorije o električnim i magnetnim poljima koje su u devetnaestom veku razvili Majkl Faradej (Michael Faraday) i Džejms Klark Maksvel bile su u mehanicističkom okviru, zaogrnute u termine o napetostima u jednom sveprisutnom fizičkom medijumu za koji je često korišćen naziv 'eter'. Fizičari devetnaestog veka nisu postupali nerazumno - svim fizičarima potreban je kakav-takav privremeni pogled na svet, da bi mogli ostvarivati napredak, a u ono vreme činilo se da mehanicistički pogled na svet nije lošiji od bilo kog drugog kandidata za to. Ali već je bio nadživeo svoje vreme.
     Konačni zaokret od mehanicizma ka nečem drugom trebalo je da se dogodi u godini 1905, kad je Ajnštajnova posebna teorija relativnosti, u suštini, prognala eter i umesto njega uvela prazan prostor kao medijum kroz koji se pronose elektromagnetni impulsi. Ali čak i tad, mehanicistički pogled na svet nastavio je da opstaje među starijim pokolenjem fizičara, koji su bili nalik na onog izmišljenog profesora Viktora Jakoba u dirljivom romanu Rasela Mak Kormaka (Russell McCormmach) Noćne misli klasičnog fizičara. Ti ljudi nisu bili u stanju da prihvate nove ideje.
     Mehanicizam je bio propagiran i izvan okvira nauke, na drugim poljima, gde je preživeo i odakle se kasnije vraćao da opet pravi nevolje naučnicima. U devetnaestom veku herojska tradicija mehanicizma ugrađena je, na nesreću, u dijalektički materijalizam Marksa (Marx) i Engelsa (Engels), i njihovih sledbenika. Godine 1908. jedan izbeglica po imenu Lenjin napisao je visokoparnu knjigu o materijalizmu; njemu je, doduše, materijalizam bio uglavnom sredstvo za napad na razne druge revolucionare, ali njegovi sledbenici su Lenjinove komentare i komentarčiće prihvatili kao Sveto pismo, tako da je, tokom izvesnog razdoblja, dijalektički materijalizam onemogućavao prihvatanje opšte teorije relativnosti u Sovjetskom Savezu. Čak i godine 1961, istaknuti ruski fizičar Vladimir Fok osećao je da se mora braniti od optužbi da je zastranio sa staze filozofske pravovernosti. Predgovor njegovoj knjizi Teorija prostora, vremena i gravitacije sadrži pažnje vrednu izjavu: "Filozofska strana naših pogleda na teoriju prostora, vremena i gravitacije formirana je pod uticajem filozofije dijalektičkog materijalizma, napose Lenjinovog materijalizma i empiriokriticizma."
     Ništa u istoriji nauke nikad nije jednostavno. Iako posle Ajnštajna u ozbiljnim istraživanjima na polju fizike više nije bilo mesta za stari, naivan, mehanicistički pogled na svet, neki elementi tog pogleda zadržani su u fizici prve polovine dvadesetog veka. S jedne strane, postojale su materijalne čestice, kao što su elektroni, protoni i nautroni, koje sačinjavaju običnu materiju. S druge strane, postojala su polja, kao električno polje, magnetno polje i gravitaciono polje, koja su nastajala zbog prisustva čestica i delovala na čestice. Onda se godine 1929. fizika počela okretati jednom ujedinjenijem pogledu na svet. Verner Hajzenberg i Volfgang Pauli opisali su i čestice i polja kao vidove ispoljavanja jednog dubljeg nivoa stvarnosti, a to je nivo kvantnih polja. Kvantna mehanika je nekoliko godina pre toga bila primenjena na električna i magnetna polja i iskorišćena kao opravdanje za Ajnštajnove zamisli o česticama svetlosti, fotonima. Sada su Hajzenberg i Pauli pretpostavili da su ne samo fotoni nego sve čestice paketi energije u sastavu raznih polja. To je teorija kvantnih polja u kojoj elektroni jesu paketići energije električnog polja; neutrini jesu paketići energije neutrinskog polja, i tako dalje.
     Uprkos nailasku ovako moćne sinteze, veliki deo rada na protonima i elektronima u tridesetim i četrdesetim godinama dvadesetog veka nastavio se u kontekstu stare dualističke kvantne elektrodinamike, u kojoj fotoni jesu sagledani kao paketići energije elektromagnetnog polja, ali elektroni ostaju naprosto čestice materije. Kad se govori samo o elektronima i fotonima, taj pristup daje iste rezultate kao teorija kvantnih polja. Međutim, dok sam ja dogurao do postdiplomskih studija, a to je bilo u pedesetim godinama, teorija kvantnih polja bila je već maltene opšteprihvaćena kao ispravan okvir za temeljnu fiziku. U fizičarevom receptu za svet, na spisku sastojaka više nije bilo nikakvih čestica, nego su tu bila zapisana samo polja - nekoliko različitih vrsta polja.
     Iz ovog što je rečeno možemo izvući zaključak da je nerazumna tvrdoglavost zamišljati da znamo čak i u kojim terminima će buduća konačna teorija biti formulisana. Ričard Fajnmen se jednom prilikom žalio da novinari, kad postavljaju pitanja o budućim teorijama, govore ili o 'konačnoj čestici materije' ili o konačnom ujedinjenju svih sila u jednu silu, dok mi, zapravo, pojma nemamo da li su to ona prava pitanja koja treba postavljati. Nije mnogo verovatno da će stari, naivni, mehanicistički pogled na svet biti vraćen iz mrtvih, niti da ćemo se morati vraćati starom dualizmu čestica i polja, ali čak ni sama teorija kvantnih polja nije bezbedna. Iskrsavaju teškoće kad u njen okvir pokušavamo uvesti gravitaciju. U naporu da se te teškoće prevaziđu, nedavno je izronila jedna kandidatkinja za konačnu teoriju, u kojoj kvantna polja jesu samo niskoenergetska ispoljavanja posebnih 'uštinuća', 'poremećaja' u prostorvremenu. Za ta uštinuća važio bi naziv 'strune'. Nije verovatno da ćemo znati koja su prava pitanja sve dok se na nađemo nadomak tačnih odgovora.
     Iako se čini da je naivni mehanicizam bezbedno mrtav, fiziku nastavljaju mučiti neke druge metafizičke predrasude, naročito one u vezi sa vremenom i prostorom. Trajanje u vremenu je jedina stvar koju možemo meriti (doduše, netačno) samim svojim mislima, bez ikakvih ulaznih informacija koje bi nam stizale od naših čula; iz tog razloga, prirodno je da zamišljamo da o vremenu možemo nešto dokonati čistim razumom. Kant je učio da vreme i prostor nisu deo spoljašnje stvarnosti nego da su samo unapred ugrađene strukture našeg uma, koje nam omogućuju da se snalazimo u događajima. Za jednog kantovca, najšokantnije svojstvo Ajnštajnove teorije bilo je to što se njome prostor i vreme premeštaju u status običnih vidova fizičkog svemira, i to vidova na koje može da deluje kretanje (u posebnoj teoriji relativnosti) ili sila teže (u opštoj teoriji relativnosti). Čak i sad, maltene jedan vek posle objavljivanja posebne teorije relativnosti, neki fizičari ostaju u uverenju da postoje izvesne stvari koje se o prostoru i o vremenu mogu kazati na osnovu čistog razmišljanja.
     Ova nepopustljivo uporna metafizika izranja na površinu naročito u raspravama o poreklu Vaseljene. Po standardnoj teoriji Velikog praska, svemir je nastao u jednom trenu beskonačno visoke temperature i gustine, pre nekih deset do petnaest milijardi godina. Kad god sam držao predavanje o teoriji Velikog praska, uvek se nešao neko u publici da, kad dođe vreme za postavljanje pitanja, izjavi da je zamisao o početku apsurdna; jer koji god trenutak da odaberemo kao onaj u kome se zbio Veliki prasak, morao je postojati i neki trenutak pre toga. Pokušavao sam da objasnim da to ne mora biti tako. Istina je da, na primer, u našem običnom iskustvu, koliko god hladno da postane, uvek može biti još hladnije; pa ipak, postoji apsolutna nula. Mi ne možemo postići temperature ispod apsolutne nule ne zato što nismo dovoljno domišljati, nego zato što temperature ispod apsolutne nule jednostavno nemaju smisla. Stiven Hoking je ponudio jednu možda još bolju analogiju: razumno je pitati šta je severno od grada Ostina, ili od grada Kembridža, ali besmisleno je pitati šta je severno od Severnog pola. Sveti Avgustin se slavno rvao sa ovim problemom u svome delu Ispovesti, pa je došao do zaključka da je pogrešno pitati šta je postojalo pre nego što je Bog stvorio Vaseljenu, zato što je Bog, koji je izvan vremena, stvorio i vreme u isti mah kad i Vaseljenu. Isto gledište imao je i Mozes Majmonides (Moses Maimonides).
     Trebalo bi da priznam ovde da mi, zapravo, ne znamo da li je Vaseljena počela u nekom određenom trenutku u prošlosti. Andre Linde (Andre Linde) i drugi kosmolozi predstavili su u poslednje vreme prihvatljive teorije koje opisuju našu sadašnju Vaseljenu koja se širi kao samo jedan mehurić u jednom beskonačno staroj megavaseljeni, u kojoj se večno pojavljuju novi takvi mehurići, i potom podstiču pojavu sledećih. Ja ovde ne pokušavam tvrditi da svemir neosporno ima neku određenu starost, nego samo tvrdim da na osnovu čistog razmišljanja nije moguće kazati da nema.
     Ovde, opet, ne znamo čak ni to da li postavljamo prava ili pogrešna pitanja. U najnovijoj verziji teorije struna, prostor i vreme iskrsavaju kao izvedene kategorije, ali ih nema u temeljnim jednačinama tih teorija. U tim teorijama značenje prostora i vremena je samo približno određeno; nema smisla govoriti o ma kom vremenu koje bi trenutku Velikog praska bilo bliže od jednog milion-bilion-bilion-bilionitog dela sekunde. U našem običnom životu, jedva uspevamo primetiti interval od jedne stotinke sekunde, pa, prema tome, naša intuitivna 'sigurna znanja' o prirodi vremena i prostora, stečena svakidašnjim doživljajima, nisu nešto mnogo korisna kad želimo uobličiti teoriju o nastanku Vaseljene.
     Ne nailazi moderna fizika na svoje najveće nevolje u metafizici, nego u epistemologiji, proučavanju prirode znanja i izvora znanja. Epistemološka doktrina zvana 'pozitivizam' (ili, u nekim verzijama, logički pozitivizam) zahteva ne samo da nauka mora ranije ili kasnije uporediti svoje teorije sa opažanjima u stvarnosti (što, valjda, niko ne osporava) nego i to da se svaki vid naših teorija mora u svakom trenutku odnositi na opazive vrednosti. Naime, iako fizičke teorije još i mogu da se odnose na stvari koje nisu opitno proučene i za čije opitno proučavanje nemamo dovoljno para ove godine, a ni sledeće, ipak ne bi bilo dopustivo da se u našim teorijama pojavi neki element koji u načelu ne može nikad biti opažen. Ovde je reč o pitanjima od krupnog značaja, jer ako je pozitivizam ispravan, mi bismo mogli otkrivati vredne nagoveštaje o sastojcima konačne teorije tako što bismo korišćenjem misaonih opita utvrđivali koje vrste stvari su u načelu opazive.
     Naučnik koga najčešće povezuju sa uvođenjem pozitivizma u fiziku jeste Ernst Mah, fizičar i filozof iz Beča fin-de-siFcle-a, kome je pozitivizam poslužio uglavnom kao 'protivotrov' za odbranu od metafizike Imanuela Kanta. U Ajnštajnovom radu iz 1905. godine o posebnoj teoriji relativnosti, vidi se jasan Mahov uticaj; to je rad pun posmatrača koji mere daljine i vremena i za to koriste časovnike, lenjire i zrake svetlosti. Pozitivizam je pomogao Ajnštajnu da se oslobodi utiska da izjava 'ova dva događaja su istovremena' ima neko apsolutno značenje. Ajnštajn je ustanovio da nijedno merenje ne može dati merilo za istovremenost koja bi važila za sve posmatrače. Ovaj naglasak na ono što se može, konkretno, baš opaziti, jeste suština pozitivizma. Ajnštajn je potvrdio da mnogo duguje Mahu; u jednom pismu koje je nekoliko godina kasnije poslao Mahu, opisao je sebe rečima 'Vaš odani student'. Posle Prvog svetskog rata, pozitivizam su dalje razvijali Rudolf Karnap (Rudolf Carnap) i članovi bečkog kruga filozofa, koji su sebi postavili cilj da nauku rekonstruišu po filozofski prihvatljivim linijama, i odista uspeli da razgrnu i odbace popriličnu gomilu raznog metafizičkog smeća.
     Pozitivizam je imao važnu ulogu i u rađanju moderne kvantne mehanike. Hajzenbergovo veliko prvo delo o kvantnoj mehanici, objavljeno 1925. godine, počinje zapažanjem da je "dobro znano da formalna pravila koja je on upotrebio (Nils Bor godine 1913. u kvantnoj teoriji) za izračunavanje opazivih količina kao što je energija vodonikovog atoma mogu biti ozbiljno kritikovana stoga što sadrže, kao svoje osnovne sastojke, odnose između nekih veličina koje su, koliko nam je poznato, u načelu neopazive - na primer, između položaja jednog elektrona i njegovog impulsa". Hajzenberg je, u duhu pozitivizma, primio u svoju varijantu kvantne mehanike samo opazive vrednosti, kao što su, na primer, verovatnoće spontanog prelaza jednog atoma iz jednog stanja u drugo tako što će emitovati jedan kvant zračenja. Načelo neodređenosti, koje jeste jedan od temelja probabilističkog tumačenje kvantne mehanike, zasnovano je na Hajzenbergovoj pozitivističkoj analizi ograničenja na koja nailazimo kad se prihvatimo posla da osmotrimo položaj jedne čestice, ali i impuls te iste čestice.
     Iako je bio koristan Ajnštajnu i Hajzenbergu, pozitivizam je naneo štete koliko i koristi. Ali za razliku od mehanicističkog pogleda na svet, pozitivizam je zadržao svoj oreol velikih zasluga i tako preživeo da bi pravio štetu u budućnosti. Džordž Gejl čak tvrdi da je pozitivizam kriv za veliki deo sadašnjeg otuđenja koje je nastupilo između fizičara i filozofa.
     Pozitivizam je bio srce otpora atomskoj teoriji na samom početku dvedesetog veka. Devetnaesti vek je video divno usavršenje stare Demokritove i Leukipove zamisli da je sva materija sačinjena od atoma, a Džon Dalton (John Dalton), Amadeo Avogadro (Amadeo Avogadro) i njihovi sledbenici iskoristili su atomsku teoriju da rasvetle pravila hemije, osobine gasova i prirodu toplote. Atomska teorija postala je normalan deo govora fizičara i hemičara. Pa ipak, pozitivisti, sledbenici Maha, smatrali su da je to odstupanje od ispravnog naučnog postupka zato što atomi nisu mogli biti opaženi nijednom tada zamislivom tehnikom. Pozitivisti su zato proglasili da naučnici treba da gledaju svoja posla - naime, da saopštavaju šta su opazili: recimo, da su potrebne dve zapremine vodonika i jedna zapremina kiseonika da bi se napravila vodena para - a ne da se bakću sa nekim metafizičkim spekulacijama da je to tako zbog toga što se molekul vode sastoji od dva atoma vodonika i jednog atoma kiseonika, jer oni ne mogu opaziti te navodne atome, a ni molekule. Mah, lično, nikad nije pristao da se pomiri sa postojanjem atoma. Čak i godine 1910, kad je atomizam kao teoriju prihvatio praktično svako drugi, Mah je istrajavao u jednoj 'utuk na utuk' raspravi sa Plankom i pisao: "Ako je vera u stvarnost atoma tako bitna, onda se ja odričem fizičkog načina mišljenja. Neću da budem profesionalni fizičar, odričem se svog naučničkog ugleda."
     Otpor atomizmu naročito je nesrećno delovao time što je usporio prihvatanje statističke mehanike, jedne redukcionističke teorije koja tumači toplotu u terminima statističke distribucije energije u delovima ma kog sistema. Razvoj ove teorije u radovima Maksvela, Bolcmana, Gibsa i drugih bio je jedan od trijumfa nauke devetnaestog veka, a pozitivisti su, odbacujući ga, počinili najgoru grešku koju naučnik može počiniti: nisu prepoznavali uspeh, iako su videli da se događa.
     Pozitivizam je naneo štetu i na druge, manje poznate načine. Godine 1897. Dž. Dž Tomson (J. J. Thomson) je izveo jedan slavni opit koji se smatra trenutkom kad je otkriven elektron. (Tomson je posle Maksvela i Rejlija zauzeo kavendišku katedru na Univerzitetu u Kembridžu.) Tokom izvesnog broja godina, fizičari su se iščuđavali nad tajanstvenom pojavom katodnih zraka, koji se emituju kad metalnu pločicu u staklenoj vakuumskoj cevi povežemo sa negativnim polom neke moćne električne baterije; oni pokazuju svoje prisustvo tako što stvaraju svetlu tačku na mestu gde, na suprotnom kraju cevi, udaraju u staklo. Ekran modernog televizora nije ništa drugo nego katodna cev, u kojoj se intenzitet zraka kontroliše signalom koji stiže iz televizijske stanice. Kad su, u devetnaestom veku, katodni zraci otkriveni, u početku niko nije znao šta su. Onda je Tomson izmerio kako ih, dok prolaze kroz vakuumsku cev, savijaju (izazivaju njihov otklon na jednu ili na drugu stranu) električna i magnetna polja. Pokazalo se da je obim tog savijanja u skladu sa pretpostavkom da su zraci sastavljeni od čestica koje nose jednu određenu količinu naelektrisanja, ali imaju i određenu količinu mase, i to uvek sa istom srazmerom između mase i naelektrisanja. Pošto se videlo da je masa tih čestica toliko manja od mase atoma, Tomson je izveo zaključak da su te čestice temeljni sastavni delovi atoma i ujedno da su nosioci električnog naboja u svim električnim strujama - dakle, i u žicama i u atomima, a ne samo u katodnim cevima. Zbog ovoga je smatrao sebe (i u tome je podržan od svih istoričara) otkrivačem jednog novog oblika materije - naime, jedne nove čestice; za nju je odabrao ime koje je već bilo u upotrebi u tadašnjoj teoriji elektrolize: elektron.
     A ipak, taj isti opit približno u isto vreme obavio je u Berlinu Valter Kaufman (Walter Kaufmann). Glavna razlika između Kaufmanovog i Tomsonovog opita bila je u tome što je Kaufmanov bio bolji. Dao je za proporciju između naboja i mase elektrona rezultat za koji danas znamo da je bio tačniji od Tomsonovog. Pa ipak, niko nikada ne navodi Kaufmana kao otkrivača elektrona zato što on nije smatrao da je otkrio novu česticu. Tomson je radio u sklopu jedne engleske tradicije koja ide unazad do Njutna, Daltona i Prauta (Prout) - a to je tradicija nagađanja o atomima i njihovim sastavnim delovima. Kaufman je, međutim, bio pozitivist; nije verovao da je posao fizičara da nagađaju o ma čemu što ne mogu opaziti. Zato Kaufman nije ni prijavio da je otkrio neku novu vrstu čestice nego je samo objavio da ono što protiče (šta god to bilo) kroz katodnu cev nosi sa sobom određenu razmeru između mase i električnog naboja.
     Pouka koju iz ove priče možemo izvući nije samo ta da je pozitivizam škodio Kaufmanovoj karijeri. Tomson je, vođen svojim uverenjem da je otkrio temeljnu česticu, krenuo dalje, otisnuo se u nove opite, da bi video kakve ona osobine ima. Našao je dokaze da se čestice sa istom tom razmerom između mase i naboja emituju i u okviru radioaktivnosti, ali i iz ugrejanog metala, a zatim je izveo jedno od prvih merenja naelektrisanja elektrona. To merenje, spregnuto sa ranije izvedenim merenjem razmere između mase i naelektrisanja, dalo mu je vrednost elektronove mase. Zbir svih ovih opita zaista potvrđuje valjanost Tomsonove tvrdnje da baš on jeste otkrivač elektrona, ali on nikada ne bi te opite preduzeo da nije bio voljan da ozbiljno shvati zamisao o jednoj čestici koja u to vreme nije mogla biti neposredno osmotrena.
     Kad gledamo unazad, čini nam se da pozitivizam Kaufmana, kao i pozitivizam protivnika atomske teorije, nije bio samo na smetnji, nego i naivan. Jer, šta zapravo znači 'opaziti' bilo šta? U jednom uskom smislu reči, Kaufman nije čak ni opazio otklon katodnog zraka u magnetnom polju; on je samo merio položaj jedne svetle tačke na kraju vakuumske cevi, u vreme kad su žice bile namotane izvestan broj puta oko jednog komada gvožđa blizu cevi i priključene na jednu električnu bateriju. Zatim je iskoristio prihvaćenu teoriju, i opažene stvari protumačio u terminima magnetnih polja i putanja zraka. Vrlo strogo govoreći, on nije učinio čak ni to, već je samo iskusio izvesne vidne i dodirne osećaje koje je protumačio kao svetle tačke, žice i baterije. Među istoričarima nauke sad je opštepoznato da nijedno osmatranje ne može biti oslobođeno teorije.
     Za konačnu kapitulaciju antiatomista smatra se, obično, izjava koju je dao hemičar Vilhelm Ostvald (Wilhelm Ostwald) godine 1908. u svojoj knjizi Osnovi opšte hemije: "Sada sam uveren da smo nedavno stekli opitne dokaze o diskretnoj ili zrnastoj strukturi materije, dokaze koje je atomska hipoteza uzalud tražila stotinama i hiljadama godina." Ti opitni dokazi koje Ostvald pominje sastojali su se od merenja molekularnih sudara u takozvanom Braunovom kretanju čestica što plivaju u tečnosti, kao i od Tomsonovog merenja naboja elektrona. Ali ako čovek shvati koliko su svi opitni podaci opterećeni teorijom, postaje jasno da su svi uspesi atomske teorije u oblasti hemije i statističke mehanike značili već u devetnaestom veku da atom jeste opažen.
     Lično je Hajzenberg zapisao da se Ajnštajn, posle pozitivizma u svom prvobitnom pristupu relativnosti, predomislio. U jednom predavanju iz 1974, Hajzenberg se prisetio razgovora koji je vodio sa Ajnštajnom u Berlinu početkom 1926. godine:

     Ukazao sam Ajnštajnu na to da mi ne možemo, zapravo, opaziti takvu putanju (putanju jednog elektrona u atomu); ono što mi stvarno beležimo jesu frekvencije svetlosti koju emituje taj atom, jačine, verovatnoće prelaza, ali nijedna stvarna putanja. A pošto jedini racionalan postupak jeste da u teoriju uvodimo samo one veličine koje se mogu neposredno opaziti, onda, zapravo, koncept putanje elektrona ne bi trebalo uopšte da se pojavi u teoriji. Na moje zaprepašćenje, Ajnštajn nije bio nimalo zadovoljan ovim argumentom. Smatrao je da svaka teorija, zapravo, sadrži neopazive veličine. Načelo da se upotrebljavaju samo opazive veličine naprosto se ne može dosledno sprovesti. A kad sam se ja usprotivio, tvrdeći da sam samo primenio onaj tip filozofije koji je i njemu poslužio kao osnov za njegovu posebnu teoriju relativnosti, on je jednostavno odgovorio: "Možda sam ja zaista upotrebljavao takvu filozofiju ranije, pa tako i pisao, ali ona je, svejedno, besmislica."

     Čak i pre toga, u jednom svom predavanju u Parizu 1922. godine, Ajnštajn je rekao da je Mah un bon mQhanicien (dobar mehaničar), ali dQplorable philosophe (filozof za žaljenje).
     Uprkos pobedi atomizma i Ajnštajnovom prebegu iz redova pozitivista, u fizici dvadesetog veka pozitivizam se kao tema još poneki put čuo. Pozitivistička usmerenost na opazive veličine, kao što su položaji čestica i njihovi impulsi, ometala je 'realističko' tumačenje kvantne mehanike, u kome talasna funkcija predstavlja fizičku stvarnost. Pozitivizam je doprineo i zamućenju problema sa beskonačnostima. Kao što smo videli, Openhajmer je godine 1930. zapazio da iz one teorije fotona i elektrona koja se zove kvantna elektrodinamika proističe jedan besmislen ishod: naime, da atom dobija beskonačno veliku energiju kad njegov elektron prvo emituje, pa apsorbuje fotone. Taj problem sa beskonačnostima neprekidno je zabrinjavao teoretičare tokom tridesetih i četrdesetih godina dvadesetog veka i doveo je do opšteg uverenja da kvantna elektrodinamika naprosto postaje neprimenljiva kad razmatramo elektrone i fotone veoma visoke energije. Veliki deo ovih teških briga oko kvantne elektrodinamike bio je obojen jednom nijansom pozitivističkog osećanja krivice: neki teoretičari su se plašili da, kad govore o vrednostima električnih i magnetnih polja u onoj tački prostora koju zauzima elektron, čine jedan greh - naime, u fiziku uvode elemente koji se u načelu ne mogu opaziti. A to je i bilo tačno, ali brige oko takvih pitanja samo su odložile pronalaženje pravog rešenja za problem tih beskonačnosti, rešenja koje se postiže tako što se te beskonačnosti međusobno potru kad se pažljivo odrede masa i naboj elektrona.
     Pozitivizam je imao ključnu ulogu i u jednoj reakciji protiv teorije kvantnog polja. Tu reakciju predvodio je Džefri Ču (Geoffrey Chew) u šezdesetim godinama dvadesetog veka na Berkliju. Za Čua, glavna stvar u fizici bila je S-matrica, a to je jedna tabela koja daje verovatnoće za sve moguće ishode svih mogućih sudara čestica. Ta matrica sumira sve što se može zaista opaziti u reakcijama u kojima učestvuje ma koji broj čestica. Teorija S-matrice može se pratiti unazad još do radova Hajzenberga i Džona Vilera (John Wheeler) u tridesetim i četrdesetim godinama dvadesetog veka,Slovo 'S' je od nemačke reči 'Streuung' što znači 'rasipanje, razbacivanje tamo-amo'. ali su Ču i njegovi saradnici koristili nove zamisli da izračunavaju S-matrice, a da pri tom ne uvedu nijedan neopaziv element kao što je, recimo, kvantno polje. Na kraju, taj njihov program je propao, delom zato što je bilo naprosto suviše teško izračunati S-matricu na ovaj način, ali ponajviše zbog toga što se pokazalo da staza napretka prema boljem razumevanju slabih i jakih nuklearnih sila leži upravo u kvantnim teorijama polja, onim istim koje je Ču pokušavao da napusti.
     Najdramatičnije napuštanje načela pozitivizma dogodilo se kad smo razvijali našu sadašnju teoriju kvarkova. Početkom šezdesetih godina dvadesetog veka, Marej Gel-Man i Džordž Cvajg (George Zweig) pokušali su, radeći nezavisno jedan od drugog, da svedu ogromnu zapetljanost našeg 'zoološkog vrta' čestica poznatih u ono vreme. Izložili su pretpostavku da su gotovo sve te čestice sazdane od nekoliko jednostavnih, još elementarnijih, kojima je Gel-Man nadenuo ime 'kvarkovi'. U prvi mah se nije činilo da ova zamisao iole odstupa od glavnog toka uobičajenog fizičarskog razmišljanja: bio je to, najzad, samo još jedan korak na stazi Leukipa i Demokrita, još jedan pokušaj da se složene strukture objasne pomoću jednostavnijih i manjih elemenata od kojih su sačinjene. Slika sa kvarkovima primenjena je tokom šezdesetih godina dvadesetog veka na mnoštvo raznovrsnih problema u vezi sa odlikama neutrona, protona, mezona i svih drugih čestica za koje se pretpostavilo da su sazdane od kvarkova; ovo je, uglavnom, uspevalo veoma dobro. Pa ipak, ni najbolji napori opitnih fizičara u šezdesetim i ranim sedamdesetim godinama nisu bili dovoljni da se bar jedan kvark izbije iz čestice u kojoj se navodno nalazi. Ovo je izgledalo ludo. Još od kad je Tomson otrgao elektrone od atoma u katodnoj cevi, uvek je bilo moguće razvaliti svaki složeni sistem kao što je molekul ili atom, i dobiti pojedinačne čestice od kojih je sagrađen. Zašto onda ne bi mogli i slobodni kvarkovi da budu izolovani?
     Slika sa kvarkovima počela je postajati razumljivija početkom sedamdesetih godina, kad je uvedena kvantna hromodinamika, naša moderna teorija jakih nuklearnih sila, koja zabranjuje svaki proces u kome bi slobodni kvark mogao biti izolovan. Proboj je postignut 1973. godine, kada su proračuni Dejvida Grosa i Frenka Vilčeka na Prinstonu i, nezavisno od njih, Dejvida Policera (David Politzer) na Harvardu pokazali da izvesne vrste teorija kvantnih polja imaju jednu neobičnu osobinu poznatu kao 'asimptotska sloboda', a to je svojstvo da sile u tim teorijama postaju, pri sve višim energijama, sve manje i manje. Upravo takvo opadanje sile opaženo je u opitima sa visokoenergetskim rasipanjem još godine 1967, ali je tek sad prvi put data jedna teorija u kojoj se moglo dokazati da neke sile treba da se ponašaju tako. Ovaj uspeh brzo je doveo do toga da jedna od ovih kvantnih teorija polja, i to teorija kvarkova i gluona poznata kao kvantna hromodinamika, bude prihvaćena kao tačna teorija jakih nuklearnih sila.
     U prvo vreme se pretpostavljalo da u sudarima elementarnih čestica nije primećena proizvodnja nijednog gluona zato što su gluoni teški, tako da energija raspoloživa u tim sudarima nije dovoljna za proizvodnju velike gluonove mase. Ali ubrzo posle otkrića asimptotske slobode, nekolicina teoretičara predložila je drugo objašnjenje: da su gluoni čestice bez mase, kao fotoni. Ako bi bilo tako, onda bi razlog što gluoni, kao i, dalo bi se pretpostaviti, kvarkovi, nisu primećeni bio taj što razmena gluona bez mase između kvarkova ili između drugih gluona proizvodi dalekometne sile koje čine da je u načelu nemoguće otrgnuti bilo kvarkove bilo gluone jedne od drugih. Sada se veruje da ako pokušate, na primer, da rastavite na komade jedan mezon (česticu sačinjenu od jednog kvarka i jednog antikvarka), sila koja vam je za to potrebna postaje sve veća i veća kako rastojanje između njih postaje sve veće i veće, tako da ste na kraju prinuđeni da uložite tako mnogo energije da će na tom mestu biti stvoren još jedan par kvark-antikvark. To je trenutak kad iz vakuuma iskoči jedan antikvark i pridruži se prvobitnom kvarku, odnosno kad iz vakuuma iskoči jedan kvark i pridruži se prvobitnom antikvarku, tako da ste opet dobili ne slobodan kvark ili slobodan antikvark nego naprosto dva para kvark-antikvark - što će reći, dva mezona. Često je korišćena metafora da je ovo kao kad pokušavate razvući jedan komad kanapa na dve strane: vi vučete i vučete i u jednom trenutku, kad uložite u taj pokušaj dovoljno energije, kanap se prekine, ali vi ne dobijete zaseban 'jedan kraj' i zaseban 'drugi kraj' nego dobijete dva nova komada kanapa, a svaki ima oba kraja. Zamisao da kvarkovi i gluoni u načelu ne mogu nikad biti opaženi kao zasebni, izdvojeni, postala je deo prihvaćene mudrosti savremene fizike čestica, ali ona nas ne sprečava da opisujemo neutrone i mezone kao čestice izgrađene od kvarkova. Ne mogu zamisliti ništa što bi se Ernstu Mahu dopalo manje.
     Teorija kvarkova bila je samo jedan korak u neprekidnom procesu reformulisanja fizičkih teorija u terminima koji su sve temeljniji, a sve dalji od svakidašnjeg iskustva. Kako se možemo nadati da napravimo teoriju zasnovanu na opazivim stvarima kad se nijedan vid našeg iskustva - možda čak ni prostor ni vreme - ne pojavljuje na najtemeljnijim nivoima naših teorija? Meni se čini da nije verovatno da ćemo u budućnosti imati mnogo koristi od pozitivističkog stava.
     Metafizika i epistemologija su bar imale želju i nameru da odigraju neku konstruktivnu ulogu u nauci. Međutim, u poslednje vreme krenuo je jedan novi napad na nauku, a to je napad neprijateljski nastrojenih komentatora koji su se okupili pod barjakom relativizma. Ovi filozofski relativisti poriču da nauka otkriva objektivnu istinu; za njih je nauka samo jedna od mnogih društvenih pojava i nije suštinski različita od nekog kulta plodnosti ili od obrednog darivanja.Ceremonijalni običaj kod nekih američkih Indijanaca sa severne obale Pacifika u kome domaćin prilikom raznih slavlja daje darove gostima u skladu sa njihovim ugledom. Posebo značenje ima ako su u pitanju zaraćena plemena.
     Filozofski relativizam izvire jednim delom iz toga što su filozofi i istoričari nauke otkrili da postoji veliki element subjektivnosti u procesu kojim naučne ideje postaju prihvaćene. Videli smo ovde da estetski sudovi igraju izvesnu ulogu u prihvatanju novih fizičkih teorija. Naučnicima je to stara priča (iako filozofi i istoričari ponekad pišu kao da smo mi neke naivčine koje o tome nemaju pojma). U svojoj hvaljenoj i slavljenoj knjizi Struktura naučnih revolucija, Tomas Kun (Thomas Kuhn) otišao je i korak dalje, pa je tvrdio da se u naučnim revolucijama menjaju i merila (on kaže 'paradigme') pomoću kojih naučnici ocenjuju teorije, tako da nove teorije naprosto nije moguće ocenjivati pomoću predrevolucionarnih merila. U Kunovoj knjizi postoji mnogo štošta podudarno sa mojim iskustvom u nauci. Ali, u poslednjem poglavlju, Kun, iako ne kategorično, napada zamisao da nauka napreduje ka objektivnoj istini: "Možda ćemo, da se tačnije izrazim, morati odustati od uverenja, eksplicitnog ili implicitnog, da promene paradigmi nose naučnike i one koji od njih uče sve bliže i bliže istini." Čini se da Kunovu knjigu u poslednje vreme počinju da čitaju (ili bar navode) kao manifest jedne opšte ofanzive na predstavu o objektivnosti nauke.
     Postoji i jedna rastuća težnja, započeta radovima Roberta Mertona (Robert Merton) u tridesetim godinama ovog veka, da sociolozi i antropolozi tretiraju doživljavanje nauke (ili, bar, doživljavanje svih nauka osim sociologije i antropologije) istim metodima kao i ma koju drugu socijalnu pojavu. Nauka, dabome, jeste društvena pojava; ona ima svoj sistem nagrađivanja, svoju snobovštinu koja mnogo toga otkriva, svoje zanimljive obrasce savezništava i autoriteta. Šeron Trevik (Sharon Traweek) je provela nekoliko godina družeći se sa naučnicima koji su vršili opite sa elementarnim česticama u Stanfordskom centru za linearno ubrzanje, kao i u laboratoriji KEK u Japanu, a onda je iz svoje perspektive antropologa opisala šta je videla. Ta vrsta visoke nauke prirodna je tema za antropologe i sociologe, zato što naučnici pripadaju jednoj anarhijskoj tradiciji koja visoko ceni inicijativu pojedinca, ali u današnjim opitima, hteli-ne hteli, moraju da rade zajednički, u ekipama koje ponekad imaju i po stotinu ili više članova. Ja, pošto sam teoretičar, nisam radio ni u jednom takvom timu, ali mogu reći da mi mnoga njena opažanja zvuče istinito, kao, na primer, ovo:

     Fizičari vide sebe kao elitu u čije članstvo se ulazi isključivo na osnovu naučne zaslužnosti i vrednosti. Pretpostavka je da svako ima poštenu početnu mogućnost. Ovo je podvučeno njihovim kodeksom oblačenja, koje je strogo neformalno, zatim sličnošću njihovih kancelarija i običajem da se međusobno oslovljavaju samo po imenu. Takmičarski individualizam smatra se i pravičnim i delotvornim. Postojeću hijerarhiju sagledavaju kao meritokratiju koja proizvodi finu fiziku. Američki fizičari, međutim, naglašavaju da fizika nije demokratska: odluke o naučnim stvarima ne treba donositi glasanjem, odnosno glasovima većine članova zajednice, niti pristup laboratorijskim resursima treba da bude dat svakome podjednako. Većina japanskih fizičara ima suprotno gledanje na ta dva pitanja.

     U tim svojim studijama sociolozi i psiholozi su otkrili da je čak i proces menjanja neke naučne teorije - društveni proces. U jednoj nedavno objavljenoj knjizi o vrednovanju u grupama međusobno ravnopravnih ljudi, nalazimo ovu primedbu: "Naučne istine su, u suštini, široko navođeni društveni dogovori o tome šta je tobože stvarno; a to 'stvarno' se utvrđuje vrlo primetnim 'naučnim' procesom međusobnog pregovaranja." Posmatrajući izbliza rad naučnika u Salkovom institutu, francuski filozof Bruno Latur (Bruno Latour) i engleski sociolog Stiv Vulgar (Steve Woolgar) zaključili su sledeće: "Njihovi pregovori o tome šta je dobar dokaz ili dobra analiza predstavljaju jednu pometnju, ni bolju ni goru od rasprava advokata ili političara."
     Izgleda da je lak bio korak od ovih korisnih istorijskih i socioloških zapažanja do radikalnog stava da sadržina prihvaćenih naučnih teorija jeste ono što jeste zbog društvenog i istorijskog okruženja u kome su nastajale. (Razrada ovog gledišta ponekad se naziva 'jaki program' u sociologiji nauke.) Ovaj atak na objektivnost naučnog znanja vrši se otvoreno, pa je čak uveden u naslov jedne knjige Endrua Pikeringa (Andrew Pickering): Konstruisanje kvarkova. U završnom poglavlju, autor dolazi do sledećeg zaključka: "Pa, kad se ima u vidu koliko su se oni uvežbavali u primeni usavršenih matematičkih tehnika, sklonost fizičara čestica da opisuju stvarnost ponajviše matematikom jeste jedna pojava koju nije ništa teže objasniti nego sklonost etničkih grupa da se koriste svojim maternjim jezikom. U ovom poglavlju zastupamo uverenje da čovek koji hoće da stvori svoj pogled na svet zaista nije obavezan da uzme u obzir ono što nauka u dvadesetom veku priča." Pikering potanko opisuje kakva se velika promena naglaska dogodila u opitnoj fizici u poznim šezdesetim i ranim sedamdesetim godinama dvadesetog veka. Umesto da slušaju zdrav razum (kaže Pikering) i da se usmere na najupadljivije pojave u sudarima visokoenergetskih čestica (a to znači, na sudare u kojima se jedna čestica razbije u mnoštvo drugih, koje sve odleću manje-više istim pravcem kojim je mlaz čestica i stigao), eksperimentalisti su tada počeli da rade ono što su im predlagali teoretičari - naime, da se usredsređuju na retke događaje, kao što je onaj kad neka čestica visoke energije posle sudara odleti pod nekim velikim uglom u odnosu na pravac odakle je mlaz čestica stigao.
     Nema spora, zaista se dogodila jedna promena u shvatanju šta je više, a šta manje važno u fizici visokih energija; Pikering ju je uglavnom tačno opisao. Ali ona je bila naložena potrebama istorijske misije fizike. Proton se sastoji od tri kvarka i od jednog oblaka gluona i parova kvark-antikvark koji se neprekidno pojavljuju i nestaju. Pri većini sudara protona, energija čestica koje u taj sudar ulaze utroši se na taj način što se ti oblaci čestica prospu, kao kad se sudare dva đubretarska kamiona. To su možda najupadljiviji sudari, ali su odveć složeni da bi nam dozvolili da izračunamo šta bi u njima, po našoj važećoj teoriji kvarkova i gluona, trebalo da se desi; iz tog razloga, beskorisni su za proveru te teorije. Ali s vremena na vreme se dogodi da se neki kvark ili gluon u jednome od ta dva protona sudari sa nekim kvarkom ili gluonom u drugom protonu, i to 'čeomice'; tada ti kvarkovi ili gluoni budu, zahvaljujući energiji sudara, izbačeni visokom energijom iz hrpe raznog drugog 'otpada' stvorenog sudarom, a to je jedan proces čiju stopu učestalosti znamo da izračunamo. Ili se dogodi da u tom sudaru budu stvorene nove čestice, kao što su, na primer, 'W' i 'Z' čestica - prenosioci slabe nuklearne sile. Te nove čestice mi treba da proučavamo kako bismo doznali više o ujedinjenju slabe i elektromagnetne sile. Današnji opiti su podešeni da otkrivaju upravo takve retke događaje. Pa ipak, Pikering, koji, koliko ja mogu oceniti, veoma dobro razume ovu teorijsku pozadinu, opisuje to preusmeravanje fizičara u oblasti opita sa česticama kao nekakvu promenu mode, kao prelazak sa impresionizma na kubizam ili sa kratke suknje na dugačku suknju.
     Naprosto je logička pogreška preći sa opažanja da nauka jeste jedan društveni proces na zaključak da i završni proizvodi nauke, naše teorije, jesu ono što jesu zbog društvenih i istorijskih snaga koje učestvuju u tom procesu. Jedna grupa planinara može se raspravljati koja staza ka vrhu je najbolja, a njihovi argumenti upotrebljeni u toj raspravi možda će biti uslovljeni istorijom i društvenim sastavom pohoda, ali na kraju rasprave oni će ili naći dobru putanju prema vrhu ili neće; kad se njome zapute, biće im jasno. (Niko ne bi napisao knjigu o planinarenju pod naslovom Konstruisanje Everesta.) Ja ne mogu dokazati da je i nauka takva, ali celokupno moje naučno iskustvo uverava me da jeste. Tačno je da 'pregovori' o promenama u naučnim teorijama traju bez prestanka, i tačno je da naučnici jedno vreme veruju nešto, pa se predomisle i veruju nešto drugo, pa posle nešto treće i tako dalje, zato što reaguju na rezultate izračunavanja i opita; ali na kraju, iz ovoga izroni jedno gledište koje ima neosporna obeležja objektivnog uspeha. Meni se svakako čini da mi u fizici otkrivamo nešto što je stvarno, nešto što jeste to što jeste bez obzira na to koji su nam društveni i istorijski uslovi omogućili da ga otkrijemo.
     Pa otkud onda tako radikalni nasrtaji na objektivnost naučnog znanja? Mislim da je jedan izvor takvih napada opet isto staro strašilo, pozitivizam, ovoga puta primenjen na proučavanje same nauke. Ako čovek odbija da priča o ma čemu što nije neposredno opaženo, onda se ni teorije kvantnih polja, ni načela simetrije, ni, još opštije govoreći, zakoni prirode ne mogu uzeti za ozbiljno. Ono što filozofi, sociolozi i antropolozi mogu proučavati jeste stvarno ponašanje pojedinih živih naučnika, a to ponašanje nikada se ne može jednostavno opisati nabrajanjem nekih osnovnih pravila iz kojih bi proisticalo. Ali naučnici imaju neposredni doživljaj naučnih teorija - naime, doživljavaju ih kao ciljeve koji, iako teško dosežni, jesu stvarni.
     Postoji možda još jedna pobuda, ne osobito visokoumna, za napad na realizam i objektivnost nauke. Zamislite da ste vi antropolog koji proučava kargo-kult na nekom pacifičkom ostrvu. Ostrvljani veruju da mogu vratiti na svoja ostrva one tovarne avione koji su im tokom Drugog svetskog rata donosili blagostanje, tako što će graditi od drveta konstrukcije koje liče na radarske i radio-antene. Ljudski je da taj antropolog oseća, kao što bi osećao i svaki drugi antropolog ili sociolog u takvoj situaciji, određenu prijatnu nadmoćnost u odnosu na te urođenike, jer on zna da je njihova vera iluzorna: nijedan avion C-47 pun robe neće nikada biti privučen takvim drvenim radarima. Zar će nas iznenaditi ako antropolozi i sociolozi, kad se okrenu proučavanju rada naučnika, požele da osete to isto divno osećanje nadmoćnosti tako što će reći da je i naučnička vera iluzorna?
     Relativizam je samo jedan vid šireg, radikalnog napada na samu nauku. Fajerabend je zatražio formalno razdvajanje nauke i društva u onom smislu u kome je crkva razdvojena od države, rezonujući da je "nauka samo još jedna od mnogih ideologija koje pokreću društvo, pa treba i da bude tretirana tako". Filozof Sandra Harding (Sandra Harding) kaže da je moderna nauka (a naročito fizika) "ne samo seksistička nego i rasistička, klasistička i kulturno prisiljavajuća", i nastavlja ovako: "Na fizici i hemiji, na matematici i logici, nalaze se otisci prstiju njihovih tačno određenih kulturnih tvoraca, ništa manje nego na antropologiji i istoriji." Teodor Rošak (Theodore Roszak) poziva nas da izmenimo "temeljni senzibilitet naučne misli... pa čak i ako, zbog toga, moramo drastično revidirati profesionalni karakter nauke i njeno mesto u našoj kulturi".
     Ovi radikalni kritičari nauke kao da postižu veoma maleno ili nikakvo dejstvo na naučnike same. Ne znam nijednog aktivnog naučnika koji ih ozbiljno shvata. Opasnost koju takvi predstavljaju za nauku dolazi od njihovog mogućeg uticaja na one ljude koji se naukom ne bave, ali od kojih naučnici zavise: na primer, na one koji odlučuju o budžetima za nauku i o školovanju novih pokolenja potencijalnih naučnika. U novije vreme, javljeno je u časopisu Nature da britanski ministar nadležan za trošenje državnih para na civilna naučna istraživanja govori pohvalno o jednoj knjizi Brajana Epljarda (Bryan Appleyard) u kojoj se tvrdi da je nauka pogubna po ljudski duh.
     Slutim da je Džerald Holton (Gerald Holton) blizu istine kad kaže da je radikalni nasrtaj na nauku samo jedan od simptoma jednog šireg neprijateljstva prema zapadnoj civilizaciji, neprijateljstva koje još od Osvalda Špenglera (Oswald Spengler) truje zapadne intelektualce. Moderna nauka jeste upadljiva meta za takvo neprijateljstvo; velika dela likovne umetnosti i književnosti iznikla su u mnogim svetskim civilizacijama, ali još od Galileja naučnim radom upadljivo preovlađuje Zapad.
     Meni se čini da je ta mržnja tragično promašena. Čak i najstrašnije zapadne zloupotrebe nauke, kao što je atomska bomba, predstavljaju samo još jedan primer večitih čovekovih napora da uništi samoga sebe svim raspoloživim oružjima. Ali ako to sagledamo naspram blagotvornih rezultata nauke i naspram naučnog doprinosa oslobođenju ljudskog duha, ako te stvari gledamo uravnoteženo, ja mislim da moderna nauka, zajedno sa demokratijom i kontrapunktnom muzikom, jeste jedno od ostvarenja koje je Zapad dao svetu, i to takvo kojim se treba naročito ponositi.
     Na kraju će ta tema da nestane. Moderni naučni metodi istraživanja i moderno naučno znanje rasprostiru se, brzim procesom difuzije, i u nezapadne zemlje, kao što su Indija i Japan; rasprostiru se, doista, po celom svetu. Nije daleko dan kad će iščeznuti mogućnost da se nauka poistoveti sa Zapadom, i kada će se videti da je ona zajedničko vlasništvo celog ljudskog roda.

8. BLUZ DVADESETOG VEKA

     Bluz
     dvadesetog veka,
     mene tuga čeka.
     Ko nije umoran,
     ko nije sumoran,
     zbog tog veka?

     Noel Kauard, Kavalkada

     Kad god smo uspeli dovoljno daleko da idemo duž naših lanaca pitanja o sili i materiji, odgovori su nađeni u standardnom modelu elementarnih čestica. I na svakoj konferenciji stručnjaka za visokoenergetsku fiziku još od poznih sedamdesetih godina dvadesetog veka, eksperimentalisti su prijavljivali sve tačniju podudarnost između opaženih činjenica i onog što standardni model predviđa. Čovek bi pomislio da fizičari čestica treba da budu poprilično zadovoljni. Zašto su, onda, toliko u setnom i tužnom raspoloženju?
     Kao prvo, standardni model opisuje tri sile, elektromagnetnu, slabu nuklearnu i jaku nuklearnu, ali ispušta četvrtu silu, a, zapravo, prvu koju smo upoznali: silu teže. Ovo nije neko, u svojoj rasejanosti, naprosto zaboravio; kao što ćemo videti, postoje strahovite matematičke prepreke koje nam ne daju da opišemo gravitaciju istim onim jezikom pomoću koga opisujemo ostale tri sile u standardnom modelu - naime, jezikom teorije kvantnih polja. Drugo, iako jaka nuklearna sila jeste uključena u standardni model, ona iskrsava kao nešto što je sasvim različito od elektromagnetne i od slabe nuklearne, a ne kao deo objedinjene slike. Treće, iako standardni model tretira elektromagnetnu i slabu nuklearnu silu na objedinjeni način, ipak ostaju očigledne razlike između te dve sile. (Na primer, pod normalnim okolnostima, slaba nuklearna je mnogo slabija nego elektromagnetna.) Imamo neku uopštenu predstavu o tome kako nastaju razlike između elektromagnetne i slabe, ali ne razumemo u celosti izvor tih razlika. Najzad, nezavisno od problema ujedinjenja četiri sile, standardni model sadrži mnoge odlike koje nisu naložene temeljnim načelima (kao što bismo mi voleli) nego se, umesto toga, naprosto moraju izvoditi iz opita. Te odlike, koje kao da su proizvoljno unete u model, jesu između ostalih i sledeće: meni čestica; izvestan broj konstanti, kao što su razmere između pojedinih masa; pa, čak, i same simetrije. Lako možemo zamisliti situaciju u kojoj bi nekoliko tih odlika, ili čak sve one, bile drugačije.
     Nema sumnje da je i ovakav standardni model ipak ogromno poboljšanje u odnosu na 'kašu' raznoraznih 'simetrija otprilike', slabo formulisanih dinamičkih nagađanja i pukih činjenica - a upravo tu 'kašu' je moje pokolenje fizičara moralo učiti kad smo bili srednjoškolci. Ali standardni model očigledno nije konačan odgovor, a mi, da bismo zakoračili dalje, moramo da se uhvatimo u koštac sa svim slabostima tog modela.
     Sve nevolje koje su kod standardnog modela prisutne dodiruju se, na ovaj ili onaj način, u jednoj pojavi koja se zove spontano narušavanje simetrija. Otkriće ove pojave bilo je jedan od najvećih oslobađajućih događaja u nauci dvadesetog veka, prvo u fizici kondenzovane materije, a zatim i u fizici elementarnih čestica. Najveći uspeh proistekao iz toga bilo je objašnjenje razlika između slabe sile i elektromagnetne, tako da će elektroslaba teorija biti za nas dobro mesto sa koga ćemo početi da osmatramo pojavu spontanog narušavanja simetrija.
     Elektroslaba teorija je onaj deo standardnog modela koji se bavi slabom silom i elektromagnetnom silom. Zasnovan je na jednom tačnom načelu simetrije, a ono kaže sledeće: da zakoni prirode zadržavaju isti oblik ako svugde u jednačinama te teorije zamenimo polja elektrona i neutrina mešovitim poljima - na primer, jednim poljem koje je 30% elektron i 70% neutrino, i drugim poljem koje je 70% neutrino i 30% elektron - i ako u isti mah na sličan način izmešamo polja drugih porodica čestica, kao što su kvark gore i kvark dole. Ovo načelo simetrije nazivamo lokalno, što znači da se očekuje da će zakoni prirode ostati neizmenjeni čak i ako ove mešavine variraju iz trenutka u trenutak i od jednog mesta do drugog. Postoji, opet, i jedna druga porodica polja, čije je postojanje naloženo ovim načelom simetrije, približno na onaj način na koji je postojanje gravitacionog polja naloženo simetrijom između različitih koordinatnih sistema. Ta druga porodica sastoji se od polja fotona, 'W' čestica i 'Z' čestice; ova polja, takođe, moraju biti pomešana jedno sa drugim kad mešamo polja elektrona i neutrina i polja kvarkova. Razmena fotona odgovorna je za elektromagnetnu silu, a razmena 'W' i 'Z' čestica daje slabu nuklearnu silu, pa je, prema tome, ova simetrija između elektrona i neutrina takođe simetrija između elektromagnetne i slabe nuklearne sile.
     Međutim, ova simetrija se ne ispoljava u prirodi. Zato smo je otkrili tako kasno. Na primer, elektroni i 'W' i 'Z' čestice imaju masu, ali neutrini i fotoni nemaju masu. (Upravo zbog velike mase 'W' čestica i 'Z' čestice, slabe sile su toliko slabije od elektromagnetnih sila.) Drugim rečima, simetrija koja povezuje u određene odnose elektron, neutrino i tako dalje jeste osobina onih jednačina koje stoje u osnovi standardnog modela, ali ova simetrija nije zadovoljena rešenjima tih jednačina - osobinama čestica samih.
     Da vidimo kako to jednačine mogu imati simetriju, a njihova rešenja ne. Pretpostavimo da su naše jednačine sasvim simetrične za dva tipa čestica, recimo za kvark gore i za kvark dole, i da mi sad poželimo da rešimo te jednačine da bismo ustanovili masu tih dveju čestica. Čovek bi mogao pretpostaviti da simetrija između dva tipa kvarkova nalaže da im mase budu jednake, ali moguća su i druga rešenja. Pomenuta simetrija jednačina ne isključuje mogućnost da se nađe rešenje u kome je masa kvarka gore veća nego masa kvarka dole; ona jedino zahteva da, u tom slučaju, mora postojati i drugo rešenje tih istih jednačina, rešenje u kome je masa kvarka dole veća od mase kvarka gore, i to za tačno isti obim. A to znači: simetrija jednačina ne mora uvek biti odražena u svakom pojedinačnom rešenju tih jednačina, nego samo mora biti odražena u obrascu svih rešenja tih jednačina. U pomenutom jednostavnom primeru, konkretne, stvarne osobine kvarkova odgovaraće samo jednom od ta dva rešenja, što je već narušavanje temeljne teorije u pogledu simetrije. Zapazite da nije bitno koje je od ta dva rešenja u prirodi zaista ostvareno, da li jedno ili drugo. Kad bi jedina razlika između kvarka gore i kvarka dole bila u njihovim masama, onda bismo i ovu razliku između jednog rešenja i drugog rešenja mogli svesti na našu odluku koji kvark nam je volja da nazovemo gore, a koji dole. Priroda, onakva kakvu mi poznajemo, predstavlja jedno rešenje svih jednačina standardnog modela, ali moglo bi biti na snazi i neko drugo rešenje, svejedno koje, bitno je samo da sva ta različita rešenja ostaju besprekorno tačno spojena načelima simetrije.
     U ovakvim slučajevima kažemo da je simetrija razbijena, narušena, iako bi bolji naziv bio 'skrivena' zato što ona ipak ostaje prisutna, u jednačinama, a te jednačine vladaju osobinama čestica. Ovu pojavu nazivamo spontano narušavanje simetrija zato što se ništa nije razbilo u simetriji jednačina te teorije, nego se narušavanje simetrije javlja samo od sebe (pojavljuje se spontano) u različitim rešenjima tih jednačina.
     Upravo načela simetrije daju našim teorijama veliki deo njihove lepote. Zato je nastala tolika uzbuna kad su fizičari elementarnih čestica počeli, početkom šezdesetih godina, razmišljati o spontanim narušavanjima simetrija. Najednom je svima nama 'svanulo' da u zakonima prirode postoji mnogo više simetrije nego što bi čovek pomislio kad samo posmatra osobine elementarnih čestica. Narušena simetrija, to vam je jedan veoma platonski pojam: stvarnost koju mi u laboratorijama opažamo samo je nesavršen odraz jedne dublje i lepše stvarnosti, a to je stvarnost onih jednačina u kojima se pokazuju sve simetrije teorije.
     Običan trajan magnet daje nam dobar, opipljiv primer narušenih simetrija. (Ovaj primer je naročito prikladan zato što se spontano narušavanje simetrija prvi put pojavilo u kvantnoj fizici u Hajzenbergovoj teoriji stalnog magnetizma objavljenoj 1928. godine.) Jednačine koje vladaju atomima gvožđa i magnetnim poljem savršeno su simetrične u odnosu na pravce u prostoru; ništa u tim jednačinama ne pravi nikakvu razliku između istoka, juga, ili pravca 'gore' i tome slično. Pa ipak, kad se parče gvožđa ohladi ispod 770 stepeni, ono spontano stekne neko svoje magnetno polje koje je usmereno u nekom određenom pravcu, što znači da narušava simetriju između različitih pravaca. Neka rasa majušnih stvorenja koja bi se rađala i ceo svoj život provodila unutar jednog trajnog magneta morala bi dugo da se trudi dok bi napokon shvatila da zakoni prirode poseduju simetriju kad je reč o raznim pravcima u prostoru, i da u njihovoj životnoj sredini postoji jedan povlašćeni pravac samo zato što su se spinovi atoma gvožđa spontano postrojili u tom pravcu i proizveli magnetno polje.
     A mi smo, baš kao ta zamišljena stvorenjca u magnetu, tek nedavno uočili jednu simetriju koja izgleda da je narušena u našoj Vaseljeni. To je simetrija koja spaja slabu i elektromagnetnu silu, a njen prekid se vidi, na primer, po različitostima između fotona koji nema masu i čestica 'W' i 'Z' koje su veoma teške. Jedna velika razlika između narušavanja simetrije u standardnom modelu i narušavanja simetrije u magnetu sastoji se u tome što uzrok magnetizacije veoma dobro razumemo. Ona se dogodi zato što poznate elektromagnetne sile između susednih atoma gvožđa nagone te atome da svrstaju, odnosno postroje svoje spinove uporedno. Standardni model je kudikamo tajanstveniji. Nijedna od poznatih sila u njemu nije dovoljno jaka da izazove to opaženo narušavanje simetrije između slabe sile i elektromagnetne sile. Ono najvažnije što nam je i do danas nepoznato o standardnom modelu jeste - šta, zapravo, dovodi do narušavanja elektroslabe simetrije.
     U prvobitnoj verziji standardne teorije slabe sile i elektromagnetne sile, narušena simetrija između njih dve pripisivana je jednom novom polju, koje je u teoriju uvedeno da bi poslužilo baš toj svrsi. Mislilo se da bi se to polje moglo uključivati samo od sebe, dakle spontano, kao magnetno u trajnom magnetu, i tada usmeriti u nekom određenom pravcu - s tim što to nije pravac u običnom prostoru, nego je pravac na onom malom zamišljenom brojčaniku koji kaže 'neutrino' ili kaže 'elektron', foton ili 'W' i 'Z', i tako dalje. A ona vrednost tog polja koja naruši simetriju dobila je naziv vakuumska vrednost zato što to polje dobija baš tu vrednost u vakuumu, kad je daleko od uticaja ma koje čestice. I, evo, posle četvrt veka mi još ne znamo da li je ta jednostavna slika o narušavanju simetrija tačna, ali nemamo nijednu uverljiviju mogućnost.
     Ovo nije prvi put da su fizičari predložili postojanje nekog novog polja ili neke nove čestice samo zato da bi zadovoljili neki teorijski zahtev. Fizičari su početkom tridesetih godina ovog veka bili zabrinuti zbog toga što se činilo da zakon o održanju energije biva pogažen kad god se nekom radioaktivnom jezgru dogodi proces poznat kao beta raspad. Godine 1932. Volfgang Pauli je predložio da se ovo reši uvođenjem jedne čestice koja bi zgodno poslužila za to, i nazvao ju je 'neutrino'. Tako je on objasnio kud se denula energija čiji je gubitak u tom procesu opažen. Neutrino se nije lako dao uhvatiti, ali posle više od dve decenije konačno je opitno otkriven. Predlagati postojanje nečeg što još nije opaženo, to je rizičan poduhvat, ali ponekad 'upali'.
     Kao i bilo koje drugo polje u kvantnomehaničkoj teoriji, ovo novo polje koje je odgovorno za prekid elektroslabe simetrije imalo bi energiju i impuls u paketićima koji se zovu 'kvanti'. Elektroslaba teorija nam kaže da bi bar jedan takav kvant trebalo da bude opaziv kao nova elementarna čestica. Nekoliko godina pre nego što smo Salam i ja razvili teoriju slabe sile i elektromagnetne sile zasnovanu na spontanom narušavanju simetrije, matematika za jednostavnije primere narušavanja ove vrste simetrija opisana je u radovima nekolicine teoretičara. Najjasnije je to opisao godine 1964. Piter Higs (Peter Higgs) sa Univerziteta Edinburg. Tako se dogodilo da ta nova čestica, koja je potrebna u prvobitnoj verziji elektroslabe teorije, dobije naziv Higsova čestica.
     Do danas, niko nije otkrio Higsovu česticu, što, međutim, nije dokaz protiv te teorije; Higsova čestica ne bi ni mogla biti primećena ni u jednom dosadašnjem opitu ako je njena masa veća od približno pedeset masa protona, a to bi lako mogla biti. (Na nesreću, elektroslaba teorija ćuti kao zalivena kad pokušavamo saznati kolika je masa Higsove čestice, osim što nagoveštava da ta masa verovatno ne bi mogla biti veća od bilion volti, što je približno hiljadu puta više od protonove mase.) Potreban nam je opit u kome ćemo doznati postoji li zaista Higsova čestica, ili možda nekoliko Higsovih čestica, i koje su im mase.
     Ova pitanja imaju značaj koji nadmašuje pitanje kako je došlo do narušavanja elektroslabe simetrije. Jedna od novih stvari koje smo saznali iz elektroslabe teorije jeste ta da sve čestice u standardnom modelu, osim Higsove, dobijaju svoju masu od narušavanja simetrije između slabe sile i elektromagnetne sile. Kad bismo nekako mogli isključiti ovo narušavanje simetrije, onda bi i elektron i 'W' i 'Z' i svi kvarkovi bili bez mase, kao fotoni i neutrini. Problem razumevanja masa poznatih elementarnih čestica jeste, dakle, deo problema razumevanja mehanizma kojim se elektroslaba simetrija spontano narušava. U prvobitnoj verziji standardnog modela, Higsova čestica je jedina čestica čija se masa neposredno pojavljuje u jednačinama teorije; narušavanje elektroslabe simetrije daje svim drugim česticama masu koja je u nekoj srazmeri sa masom Higsove. Ali nemamo dokaza da su stvari tako jednostavne.
     Problem uzroka narušavanja elektroslabe simetrije važan je ne samo u fizici nego i u našim naporima da razumemo ranu istoriju Vaseljene. Baš kao što se magnetizacija jednog komada gvožđa može izbrisati, a simetrija između različitih pravaca obnoviti ako se temperatura tog komada gvožđa podigne iznad 770 stepeni, tako isto bi se i simetrija između slabe sile i elektromagnetne sile mogla ponovo uspostaviti ako bismo temperaturu naše laboratorije mogli podići iznad nekoliko miliona milijardi stepeni. Na takvim temperaturama, ta simetrija više ne bi bila skrivena, nego bi se jasno videla u odlikama čestica u standardnom modelu. (Na primer, na tim temperaturama elektron, 'W' čestice, 'Z' čestica i svi kvarkovi bili bi bez mase.) Temperatura od milion milijardi stepeni ne može se napraviti u laboratoriji i ne postoji danas ni u središtu najtoplijih zvezda. Ali po najjednostavnijoj verziji opšteprihvaćene kosmološke teorije, koja kaže da se dogodio Veliki prasak, postojao je jedan tren pre nekih deset do dvadeset milijardi godina u prošlosti kad je temperatura Vaseljene bila beskonačno visoka. Približno jedan desetomilijarditi deo sekunde posle tog početnog trena, temperatura svemira je opala na nekoliko miliona milijardi stepeni, i tad je simetrija između slabe sile i elektromagnetne sile narušena.
     Ovo narušavanje simetrije verovatno se nije dogodilo trenutno niti svuda jednoobrazno. U bolje poznatim 'faznim prelazima' kao što je zaleđivanje vode ili magnetizacija gvožđa, taj prelaz može nastupiti malo ranije na jednom mestu, a malo kasnije na drugom mestu, i možda se neće dogoditi svuda na isti način, pa ćemo videti da su nastali, recimo, zasebni kristalići leda, ili da u jednom istom magnetu postoje mali 'domeni', kao nekakve državice, i da je u svakom takvom domenu magnetno polje drugačije usmereno. Pa, kad se posle Velikog praska događao elektroslabi fazni prelaz, tada su mogle nastupiti slične komplikacije iza kojih bi ostale razne opazive posledice; na primer, ova neravnoteža mogla je uticati na zastupljenost lakih hemijskih elemenata koji su nastali nekoliko minuta kasnije. Ali mi nemamo pristup tim mogućnostima sve dok ne saznamo kojim mehanizmom je elektroslaba simetrija narušena.
     Znamo da narušena simetrija između slabe i elektromagnetne sile postoji zato što teorija koja je zasnovana na toj simetriji dejstvuje: ona je već dala veliki broj uspešnih predviđanja o odlikama 'W' čestica i 'Z' čestice, kao i o silama koje se prenose pomoću te dve čestice. Ali nismo baš sigurni da elektroslaba simetrija biva narušena delovanjem vakuumske vrednosti nekog polja u toj teoriji, niti smo sigurni da postoji Higsova čestica. Mora se nešto uključiti u elektroslabu teoriju, nešto zbog čega dolazi do prekida te simetrija; ali mogućnost postoji da se ona narušava zbog posrednog dejstva neke nove vrste superjake sile koja ne deluje na obične kvarkove, elektrone ili neutrine, pa iz tog razloga i nije dosad otkrivena. Takve teorije su razvijane u poznim sedamdesetim godinama, ali su imale, opet, neke svoje probleme. Jedan od glavnih zadataka superprovodnog superkolajdera koji se sad upravo gradi jeste da ovo pitanje reši.
     Nije tu kraj priči o spontanom narušavanju simetrija; ova zamisao odigrala je izvesnu ulogu u našim nastojanjima da uvedemo u standardni model treću silu, jaku nuklearnu, na takav način da ona postane deo istog objedinjenog okvira u kome se već nalaze slaba i elektromagnetna. Iako su u standardnom modelu očigledne razlike između slabe i elektromagnetne sile objašnjene kao ishod spontanog narušavanja simetrije, to isto objašnjenje ne važi za jaku nuklearnu silu; čak ni u jednačinama standardnog modela ne postoji simetrija koja bi uspostavila odnos između jake nuklearne, slabe i elektromagnetne. Ovo je dovelo, počev od ranih sedamdesetih godina, do traganja za nekom teorijom koja bi ležala ispod standardnog modela i bila još osnovnija, a u kojoj bi i jaka i slaba i elektromagnetna sila bile objedinjene samo jednom, velikom, spontano narušenom grupom simetrija.
     Postojala je jedna očigledna prepreka ma kakvom objedinjenju po tim linijama. U svakoj teoriji, ono što sagledavamo kao jačinu neke sile zavisi od dve vrste numeričkih parametara: jedno su mase (ako ih imaju) čestica kao što su 'W' i 'Z' - dakle, čestica koje prenose te sile - a drugo su izvesne svojstvene jačine, takođe poznate pod nazivom 'konstante međudejstva'. Svojstvena jačina odnosi se na verovatnoću da čestice kao što su fotoni, gluoni, 'W' ili 'Z' budu, u reakcijama čestica, emitovane, pa reapsorbovane. Mase nastaju zbog spontanog narušavanja simetrija, ali svojstvene jačine jesu brojevi koji se pojavljuju u osnovnim jednačinama teorije. Svaka simetrija koja bi povezivala jaku sa slabom i sa elektromagnetnom silom, čak i ako bi bila spontano narušena, nalagala bi da svojstvene jačine elektroslabe sile i jake sile budu (ako dobro usaglasimo konvencije za njihovo definisanje) međusobno jednake. Prividne razlike između jačina jedne, druge i treće sile bile bi onda pripisane, neizbežno, spontanom narušavanju simetrija koje dovodi i do razlike u masama čestica koje te sile prenose, otprilike onako kao što se u standardnom modelu razlike između elektromagnetne i slabe sile pojavljuju zbog činjenice da narušavanje elektroslabe simetrije daje česticama 'W' i 'Z' veoma velike mase, dok foton ostaje bez mase. Ali jasno je da svojstvena jačina jake nuklearne sile i elektromagnetne sile nisu jednake; jaka nuklearna sila je, kao što joj i naziv kaže, mnogo jača od elektromagnetne, iako i jednu i drugu prenose čestice bez mase, gluoni i fotoni.
     Godine 1974. pojavila se jedna zamisao koja je nudila putanju kojom bismo mogli zaobići tu prepreku. Svojstvene jačine svih tih sila, zapravo, zavise, u veoma maloj meri, od energija samih onih procesa pomoću kojih ih mi merimo. U svakoj mogućoj teoriji koja bi objedinila jaku sa elektroslabom silom, očekivalo bi se da te svojstvene jačine budu jednake pri nekoj energiji, ali bi ova energija mogla biti veoma različita od onih energija koje postižemo u sadašnjim opitima. Postoje tri svojstvene jačine sila u standardnom modelu (i to je jedan od razloga zbog kojih smo nezadovoljni njime kao konačnim modelom), pa, prema tome, nije beznačajan uslov da postoji i jedna energija na kojoj bi se te tri jačine izjednačile. Nametanjem ovog uslova uspeli smo doći do jednog predviđanja u vezi sa jačinama koje bi te sile trebalo da imaju pri sadašnjim energijama naših opita, i pokazalo se da je to predviđanje u razumnoj saglasnosti sa onim što je tokom opita stvarno opaženo. To je samo jedan jedini kvantitativni uspeh, ali i on je dovoljan da nas ohrabri u uverenju da u tim zamislima ima nečeg.
     Na ovaj način bilo je moguće otprilike proceniti i energiju na kojoj bi svojstvene jačine postale jednake. Jaka nuklearna sila je, pri energijama postojećih akceleratora, mnogao jača od ostalih sila; trebalo bi, po kvantnoj hromodinamici, da ona slabi, ali veoma lagano, sa povećanjem energije, tako da se sad predviđa da bi energija na kojoj bi se po jačini izjednačile sve sile u standardnom modelu morala biti veoma visoka: nekih milion milijardi milijardi volti. (Nova poboljšanja ovog izračunavanja sugerišu energiju koja bi bila bliža brojki od deset miliona milijardi milijardi volti.) Ako bi zaista postojala neka spontano narušena simetrija koja bi povezivala jaku silu i elektroslabu silu, onda bi morale postojati i nove teške čestice, da bi se popunila cela porodica čestica koje prenose silu, u koju su već uključeni 'W', 'Z', foton i gluoni. U tom slučaju, energija od nekoliko miliona milijardi milijardi volti mogla bi se odrediti kao upravo ona energija koja je sadržana u masi tih novih teških čestica. Kao što ćemo videti, u današnjim teorijama superstruna nema potrebe da se pretpostavi postojanje ma kakve zasebne nove simetrije koja bi povezala jaku silu sa elektroslabom, ali bi ostala na snazi pretpostavka da bi na nekoj vrlo visokoj energiji, izračunatoj na oko deset miliona milijardi milijardi volti, došlo do izjednačavanja svojstvene jačine jake sile i elektroslabe sile.
     Ovo može izgledati kao samo još jedan nepojamno veliki broj, ali kad je godine 1974. izvršena ta procena o milion milijardi milijardi volti, zazvonila su zvonca u glavama teorijskih fizičara. Svi smo mi znali za jednu drugu veoma veliku energiju, i to takvu koja se prirodno pojavljuje u svakoj teoriji koja pokušava da objedini gravitaciju sa drugim silama u prirodi. Pod normalnim okolnostima, sila gravitacije mnogo je slabija od slabe nuklearne, elektromagnetne i jake nuklearne. Niko nikada nije opazio baš ni najmanje delovanje gravitacionih sila između čestica koje su u sastavu jednog atoma ili jednog molekula, a svi su izgledi da niko nikad i neće. (Jedini razlog što se nama čini da je sila gravitacije prilično jaka u našem svakidašnjem životu jeste taj što planeta Zemlja sadrži veliki broj atoma, a svaki pojedini atom daje svoj majušni doprinos gravitacionom polju koje mi na površini Zemlje osećamo.) Ali prema opštoj teoriji relativnosti, gravitaciju takođe proizvodi energija, a ne samo masa, i gravitacija sa svoje strane deluje i na energiju, a ne samo na masu. Iz tog razloga fotoni, koji imaju energiju, ali nemaju masu, skreću s puta kad proleću kroz gravitaciono polje Sunca. Pri dovoljno visokoj energiji, sila teže između dve tipične elementarne čestice postala bi podjednako jaka kao i bilo koja druga sila između njih. Energija na kojoj bi se ovo desilo iznosila bi oko hiljadu miliona milijardi milijardi volti, i ona je poznata kao Plankova energija.Godine 1899. Maks Plank je dao jednu napomenu koja, u suštini, znači da je to prirodna jedinica energije koja se može izračunati na osnovu tri nama poznate veličine, a to su brzina svetlosti, naelektrisanje elektrona i konstanta u Njutnovoj formuli za gravitacionu silu.
     Upadljiva je činjenica da je Plankova energija samo stotinak puta veća od energije na kojoj bi svojstvene jačine jake sile i elektroslabe sile postale međusobno jednake, bez obzira na to što su obe te energije ogromne i znatno veće od onih energija koje se normalno sreću u fizici elementarnih čestica. Pošto su te dve ogromne energije tako bliske jedna drugoj, teško je odoleti pomisli da narušavanje svake simetrije koja objedinjuje jaku sa elektroslabom silom mora biti samo deo jednog temeljnijeg narušavanja simetrija - naime, narušavanja one simetrije (zasad ne znamo koje) koja povezuje gravitaciju sa ostalim silama prirode. Možda ne postoji nikakva posebna objedinjena teorija koja bi važila samo za tri sile, i to jaku nuklearnu, slabu nuklearnu i elektromagnetnu, nego samo jedna zaista objedinjena koja će uključiti te tri sile i silu teže.
     Na nesreću, razlog što gravitaciju izostavljamo iz standardnog modela jeste taj što je gravitaciju veoma teško opisati jezikom teorije kvantnih polja. Možemo mi naprosto da primenimo pravila kvantne mehanike na one jednačine polja koje nalazimo u opštoj teoriji relativnosti, ali tada još jednom naletimo na stari problem beskonačnosti. Na primer, ako pokušamo izračunati verovatnoće za ono što bi se desilo pri sudaru dva gravitona (čestice od kojih se sastoji gravitaciono polje), dobijemo sasvim razumne vrednosti koje bi dala razmena jednog gravitona između ta dva gravitona, ali čim pomerimo naša izračunavanja jedan korak dalje i pogledamo šta bi bilo pri razmeni dva gravitona, počnemo nailaziti na beskonačne vrednosti. Ove beskonačnosti mogu se poništiti ako Ajnštajnove jednačine teorije polja preinačimo tako što u njih ubacimo jedan novi član sa beskonačnim konstantnim činiocem koji poništava prvu beskonačnost, ali ako onda izračunamo kako bi išla razmena tri gravitona, tu iskoče nove beskonačnosti, koje jedino možemo poništiti ubacivanjem novih članova, i tako dalje, tako da najzad dobijemo teoriju sa neograničenim brojem nepoznatih konstanti. Postoji jedna teorija ove vrste koja je stvarno korisna kod izračunavanja kvantnih procesa pri srazmerno niskoj energiji, gde ti novi članovi koje treba dodavati jednačinama polja jesu zanemarljivo mali, ali ona gubi svaku moć predviđanja kad je primenimo na gravitacione pojave pri Plankovoj energiji. Zasad je izračunavanje fizičkih procesa pri Plankovoj energiji naprosto izvan našeg dohvata.
     Dabome da niko ne vrši opitna proučavanja ma kog procesa pri Plankovoj energiji (niti meri ijedan kvantni gravitacioni proces, kao što bi bili sudari gravitona sa drugim gravitonima pri ma kojoj energiji), ali da bi se jedna teorija smatrala zadovoljavajućom, nije dovoljno samo da se ona slaže sa nalazima obavljenih opita, nego je potrebno i da pravi uverljiva predviđanja o opitima koji se još ne obavljaju, ali bi u načelu mogli biti obavljeni. Sa ovog stanovišta, opšta teorija relativnosti godinama je bila u istom položaju kao teorija slabih međudejstava pre razvijanja elektroslabe teorije u poznim šezdesetim godinama: naime, opšta teorija relativnosti postiže odlične uspehe kad god se isproba opitno (onda kada je to izvodljivo), ali ipak sadrži neke unutrašnje protivurečnosti koje pokazuju da joj je potrebno prilagođavanje.
     Vrednost Plankove energije suočava nas sa zastrašujuće velikim novim problemom. Nije stvar u tome što je Plankova energija tako velika - ona se u fizici pojavila na tako dubokom nivou da mi možemo pretpostaviti da je Plankova energija naprosto ona temeljna jedinica energije koja će se pojaviti i u jednačinama konačne teorije. Tajna glasi: zašto su sve ostale energije tako male? Konkretno, u prvobitnoj verziji standardnog modela, mase elektrona, 'W' čestica, 'Z' čestice i svih kvarkova srazmerne su onoj jedinoj masi koja se pojavljuje u jednačinama tog modela, a to je masa Higsove čestice. Na osnovu onoga što znamo o masi čestica 'W' i 'Z', možemo izvući zaključak da energija sadržana u masi Higsove čestice ne bi mogla biti veća od približno bilion volti. Ali to je bar sto miliona miliona puta manje od Plankove energije. To takođe znači da postoji hijerarhija simetrija: ona simetrija (nama još nepoznata) koja objedinjuje gravitacionu i jaku nuklearnu silu sa elektroslabom silom narušena je oko sto miliona miliona puta jače nego simetrija koja objedinjuje slabu silu sa elektromagnetnom. Zagonetka na koju smo tu naišli - naime, kako objasniti ovu ogromnu razliku u temeljnim energijama - poznata je, zato, u današnjoj fizici pod nazivom problem hijerarhije.
     Već nekih petnaest godina problem hijerarhije ostaje najgora kost zaglavljena u grlu teorijske fizike. Veliki deo teorijskih spekulacija u poslednjim godinama bio je pokretan potrebom da se ovaj problem reši. A on nije paradoks - nema razloga zašto neke energije u temeljnim jednačinama fizike ne bi bile sto miliona miliona puta manje nego neke druge. Ali jeste tajna. Zato je toliko težak. Kad imate neki paradoks kao što je ubistvo izvršeno u zaključanoj sobi, onda on možda sam u sebi sadrži nagoveštaj gde je rešenje, ali kad je nešto naprosto tajanstveno, prinuđeni smo tražiti nagoveštaje izvan problema samog.
     Jedan pristup problemu hijerarhije zasniva se na zamisli da postoji jedna nova vrsta simetrije, koja bi se zvala supersimetrija, a koja bi uspostavila odnose između čestica sa različitim spinovima, tako da bi se one svrstale u 'superporodice'. U supersimetrijskim teorijama, postoji nekoliko Higsovih čestica, ali simetrija zabranjuje pojavu ma koje Higsove čestične mase u temeljnim jednačinama teorije; ono što u standardnom modelu nazivamo mase Higsove čestice moralo bi nastajati dejstvom složenih dinamičkih efekata koji razbijaju supersimetriju. U jednom drugom pristupu, koji sam pomenuo ranije, napustili bismo ideju da postoji polje čija vakuumska vrednost narušava elektroslabu simetriju, i pripisali bismo to razbijanje nečem drugom - naime, dejstvu neke nove superjake sile.
     Nažalost, zasad nema nijednog znaka u prirodi da postoji ikakva supersimetrija ili ikakva superjaka sila. Ova činjenica još nije konačni dokaz protiv tih zamisli; lako bi moglo biti da su nove čestice, predskazane tim novim pristupima problemu hijerarhije, naprosto suviše teške da bi bile proizvedene u postojećim akceleratorskim laboratorijama.
     Očekujemo da bi Higsove čestice ili druge nove čestice zahtevane različitim pristupima problemu hijerarhije mogle biti otkrivene u akceleratoru čestica dovoljno moćnom, kao što je superprovodni superkolajder. Ali nijedan akcelerator nama danas zamisliv neće nikada moći da na pojedinačne čestice usredsredi one ogromne energije pri kojima bi došlo do objedinjenja svih sila. Kad su Demokrit i Leukip nagađali u Abderi o atomima, nisu mogli znati da su ti atomi milion puta manji od zrna peska na egejskim plažama, niti da će ljudi tek 2.300 godina kasnije pronaći prve neposredne dokaze o postojanju atoma. A nas su razmišljanja dovela na rub jedne provalije daleko šire: smatramo da se sve sile prirode ujedinjuju pri energiji čija je vrednost približna Plankovoj energiji, a ta je milion milijardi puta veća od one koju uspevamo postići u današnjim akceleratorima.
     Otkriće ove ogromne provalije izmenilo je fiziku na nekoliko načina, od kojih neki sežu sa one strane problema hijerarhije. Kao prvo, novom svetlošću je obasjan stari problem beskonačnosti. U standardnom modelu, baš kao i u kvantnoj elektrodinamici koja je postojala pre njega, emitovanje i apsorbovanje fotona i drugih čestica neograničeno visoke energije daje beskonačno veliki doprinos energiji atoma i drugim opazivim veličinama. Da bismo se nekako izborili sa tim beskonačnostima, bilo je potrebno da standardni model ima jednu posebnu osobinu, da bude renormalizabilan, što znači da se sve beskonačnosti koje iskrsnu u teoriji odmah potru sa drugim beskonačnostima koje iskrsavaju u definisanju čistih masa i drugih konstanti što ulaze u jednačine teorije. Ovaj uslov bio nam je moćno vođstvo kad smo sazdavali standardni model; samo teorije sa najjednostavnijim mogućim jednačinama polja jesu renormalizabilne. Ali pošto standardni model izostavlja gravitaciju, mi sada smatramo da je on samo jedna niskoenergetska približnost one zaista objedinjene temeljne teorije za kojom tragamo, i da prestaje važiti pri energijama nalik na Plankovu. Pa, zašto bismo, onda, ozbiljno shvatali ono što nam standardni model kaže o posledicama emitovanja i apsorbovanja čestica neograničeno visoke energije? Opet, ako to nećemo ozbiljno shvatati, zašto bismo insistirali na tome da standardni model mora biti renormalizabilan? Problem tih beskonačnosti, dakle, još i sad je sa nama, ali to je problem za konačnu teoriju, a ne za jednu niskoenergetsku približnost kao što je naš standardni model.
     Ishod ovog preispitivanja problema sa beskonačnostima jeste taj da mi sada smatramo da jednačine polja u standardnom modelu nisu od one veoma jednostavne vrste koja bi bila renormalizabilna, nego da one, zapravo, sadrže svaki zamislivi termin koji je u skladu sa simetrijama teorije. Ali onda moramo objasniti zašto su stare, renormalizabilne kvantne teorije polja, kao što su bile najjednostavnije verzije kvantne elektrodinamike ili kao što je bio standardni model, radile tako dobro. Razlog, smatramo mi, može biti pronađen ako se obrati pažnja na činjenicu da u jednačinama polja svi članovi, osim veoma jednostavnih renormalizabilnih članova, neizbežno moraju u svojim jednačinama da se pojave podeljeni izvesnim stepenovanim brojevima koji ukazuju na energiju nalik na Plankovu. U tom slučaju bi dejstvo tih članova na bilo koji opaženi fizički proces bilo srazmerno onome što dobijemo kada stepenujemo razlomak u kome se energija procesa deli Plankovom energijom, a to je razlomak koji glasi, recimo, jedan kroz milion milijardi, pa i manje. Dobijeni broj je tako malen da, normalna stvar, nismo uspeli opaziti nijedno takvo dejstvo. Drugim rečima, uslov renormalizabilnosti, koji je usmeravao naše razmišljanje još od kvantne elektrodinamike u četrdesetim pa sve do standardnog modela u šezdesetim i sedamdesetim godinama, bio je, sa stanovišta prakse, dobar i potreban uslov, iako smo ga mi tada sebi nametnuli iz nekih razloga koji, čini se, više ne važe.
     Ova promena tačke gledanja ima posledice koje bi mogle biti veoma važne. Standardni model u svom najjednostavnijem renormalizabilnom obliku sadržao je 'pukim slučajem' i neke zakone o održanju, očuvanju, koji sežu dalje od, i iznad, zaista temeljnih zakona o održanju koji proističu iz simetrija posebne teorije relativnosti i iz unutrašnjih simetrija koje nalažu da moraju postojati foton, 'W' čestice, 'Z' čestica i gluoni. Među tim slučajnim zakonima očuvanja našao se i zakon o očuvanju broja kvarkova (a to je ukupan broj kvarkova minus ukupan broj antikvarova), kao i zakon o očuvanju broja leptona (a to je ukupan broj elektrona, neutrina i njima srodnih čestica, minus ukupan broj njihovih antičestica). Kad napravimo spisak svih mogućih članova koji se u jednačinama polja pojavljuju, a koji bi bili u skladu sa temeljnim simetrijama standardnog modela, kao i sa uslovom renormalizabilnosti, uviđamo da u jednačinama polja ne postoji, zapravo, nijedan član koji bi mogao prekršiti ove zakone očuvanja. A upravo očuvanje broja kvarkova i broja leptona jeste ono što sprečava procese kao što bi bilo raspadanje tri kvarka u jednome protonu na jedan pozitron i jedan foton - dakle, upravo taj zakon o održanju čuva i postojanost obične materije. Ali sada smatramo da složeni nerenormalizabilni članovi u jednačinama polja, veličine koje bi mogle prekršiti zakone o očuvanju broja kvarkova i broja leptona, odista jesu prisutne, ali su veoma malene. Ti mali članovi u jednačinama polja doveli bi do pojave da se proton raspadne (na primer, na jedan pozitron i jedan foton ili neku drugu neutralnu česticu), ali bi se to dešavalo tek posle vrlo dugog vremena; prosečni životni vek protona procenjen je na oko sto miliona miliona miliona miliona miliona godina. Moglo bi to biti i malo duže ili kraće. Ali otprilike toliki jeste broj protona u 100 tona vode, pa prema tome, ako je ovo istinito, trebalo bi da se u svakih 100 tona vode svake godine raspadne, u proseku, po jedan proton. Već godinama traju opiti u vezi sa ovim - naime, pokušaji da se opazi takav raspad protona, ali uzalud. Međutim, u Japanu će uskoro početi osmatranje u jednom rezervoaru sa 10.000 tona vode; pomno će se motriti na svaki eventualni sev svetlosti koji bi označio da se dogodio takav raspad nekog protona. Možda će taj opit otkriti nešto.
     S druge strane, u poslednje vreme javljaju se neki čudni nagoveštaji o jednom mogućem kršenju zakona očuvanja broja leptona. U standardnom modelu, ovaj zakon očuvanja dovodi do toga da neutrini nemaju masu, pa, prema tome, ako bi on bio prekršen, očekivali bismo da neutrini ipak imaju neku malu masu, negde između jednog stotog i jednog hiljaditog dela volta (drugim rečima, otprilike milijarditi deo mase jednog elektrona). Ta masa je daleko premalena da bi u ma kom dosadašnjem laboratorijskom opitu mogla biti opažena, ali ona bi mogla imati jedno istančano dejstvo - naime, mogla bi možda omogućiti da neutrino pođe kao neutrino elektronskog tipa (dakle, pripadnik iste porodice u kojoj se nalazi elektron), a potom da se lagano pretvori u neutrino nekog drugog tipa. Ovim bi se mogla objasniti jedna zagonetka koja nas muči već odavno - činjenica da je broj neutrina čiji dolazak iz Sunca mi uspevamo da detektujemo daleko manji od očekivanog broja. Neutrini koji nastaju u jezgru Sunca uglavnom su elektronskog tipa, pa su zato i detektori pomoću kojih želimo da ih na Zemlji opazimo postavljeni tako da budu osetljivi uglavnom na neutrine elektronskog tipa; moguć je zaključak da su se ti neutrini, prolazeći kroz Sunce, preobratili u neutrine drugih vrsta, i da ih zato tako slabo uspevamo primetiti. Pokušaji da se ovo proveri pomoću raznih drugih tipova neutrinskih detektora u toku su sada u Južnoj Dakoti, u Japanu, na Kavkazu, u Italiji i u Kanadi.
     Ako budemo imali sreće, možda ćemo jednog dana dobiti konkretne dokaze o raspadanju protona ili o masi neutrina. Ili bi se moglo desiti da u postojećim akceleratorima kao što su proton-antiproton kolajder u Fermilabu ili elektron-pozitron kolajder u CERN-u nađemo neki dokaz o supersimetriji. Ali sve se to kreće sporo poput lednika. Na svakoj konferenciji fizike visokih energija održanoj u poslednjih deset godina zaključni govor mogao je sadržati (a obično je i sadržao) isti spisak želja: gde bi sve bilo dobro da postignemo proboj, kad bismo samo mogli. Nimalo ova vremena ne liče na ona uzbudljiva vremena u prošlosti, kad su maltene svakog meseca postdiplomci fizike na nekom univerzitetu jurili kroz hodnike da što pre donesu vest o nekom novom otkriću. Jedan od dokaza o temeljnom značaju fizike elementarnih čestica jeste to što izuzetno pametni studenti nastavljaju da dolaze u ovo polje nauke, iako se u njemu dešava tako malo.
     Sa pouzdanjem možemo reći da bi se ovaj zastoj prekinuo ako bismo dovršili izgradnju superprovodnog superkolajdera. Projektovan je da ima dovoljno energije, ali i dovoljno intenziteta, da razreši pitanja o mehanizmu slamanja elektroslabe simetrije, i to na jedan od dva načina: ili pronalaženjem jedne ili više Higsovih čestica, ili otkrivanjem nekih znakova o prisustvu novih jakih sila. Ako je supersimetrija odgovor na problem hijerarhije, onda bi se i to otkrilo u superkolajderu. S druge strane, ako bi bile otkrivene nove jake sile, onda bi superkolajder dao bogatu raznovrsnost novih čestica sa masama od oko bilion volti, i mi bismo sve njih morali istražiti, pa tek onda nagađati šta se dešava na još mnogo većim energijama, na kojima nastupa objedinjenje svih sila, uključujući tu i gravitaciju. U oba slučaja, fizika čestica bi opet krenula sa mrtve tačke. Kampanja koju fizičari čestica vode podstaknuta je njihovim očajanjem zato što znamo da samo ako imamo takav akcelerator možemo biti sigurni da će se naš rad nastaviti.

9. OBLIK KONAČNE TEORIJE

     Ako u semenke vremena zaviriti možeš
     i reći koja će izrasti, a koja ne,
     onda kazuj, da čujem.

     Vilijem Šekspir, Magbet

     Konačna teorija može biti još vekovima daleko od nas, i može se pokazati da je sasvim drugačija od svega što smo mi danas u stanju i da zamislimo. Ali hajde da pretpostavimo, za trenutak, da je ona odmah iza ugla. Šta možemo nagađati o toj teoriji na osnovu onoga što već znamo?
     Meni se čini da od svih delova današnje fizike, jedan deo ima ponajviše izgleda da preživi i da neizmenjen uđe u konačnu teoriju: taj deo je kvantna mehanika. Ovo smatram ne samo zato što je kvantna mehanika temelj celokupnog našeg današnjeg razumevanja materije i sile, i što je prošla sa punim uspehom kroz izuzetno stroge opitne provere; još važnija je činjenica da niko nije smislio ni jedan jedini način da kvantnu mehaniku makar i malo izmeni, a da pri tome očuva njene uspehe, odnosno izbegne pad u logičke apsurdnosti.
     Iako nam daje pozornicu na kojoj nastupaju sve prirodne pojave, kvantna mehanika ostaje, ipak, samo prazna pozornica. Kvantna mehanika nam dopušta da zamislimo ogromnu raznovrsnost različitih mogućih fizičkih sistema: oni bi mogli biti sačinjeni od svakojakih čestica, koje bi jedna na drugu delovale svakojakim silama, a mogući su čak i sistemi u kojima ne bi postojala nijedna čestica. Istorija fizike u ovom veku obeležena je postepenim jačanjem uviđanja da načela simetrije nalažu koji će se dramski likovi pojaviti u drami koju vidimo na kvantnoj pozornici. Naš sadašnji standardni model u kome postoje slaba, elektromagnetna i jaka sila zasnovan je na simetrijama, i to na prostorvremenskim simetrijama posebne teorije relativnosti, koje zahtevaju da standardni model bude formulisan kao teorija polja, i na unutrašnjim simetrijama koje nalažu da moraju postojati elektromagnetno polje i druga polja koja, u standardnom modelu, jesu prenosnici sila. I gravitacija se može shvatiti na osnovu načela simetrije, i to one simetrije u Ajnštajnovoj opštoj teoriji relativnosti koja nalaže da zakoni prirode moraju ostati neizmenjeni bez obzira na to kako mi menjali načine opisivanja raznih položaja u prostoru i vremenu.
     Sada, kad imamo iza sebe ovaj vek iskustva, mišljenje je gotovo svih naučnika da će konačna teorija biti zasnovana na načelima simetrije. Očekujemo da će te simetrije objediniti i silu teže sa slabom, elektromagnetnom i jakom silom u standardnom modelu. Ali mi decenijama nismo znali šta su te simetrije, niti smo imali matematički zadovoljavajuću kvantnu teoriju gravitacije koja bi u sebe uključila i onu simetriju što leži u osnovi opšte teorije relativnosti.
     Ovo se možda već izmenilo. Protekla decenija videla je razvoj jednog korenito novog okvira kojim bi mogla biti obuhvaćena ne samo kvantna teorija gravitacije nego i sve ostalo. To je teorija struna. Ona je naš prvi ubedljivi kandidat za konačnu teoriju.
     Koreni teorije struna sežu unazad do godine 1968, kad su teoretičari elementarnih čestica pokušavali da shvate jake nuklearne sile, a da se ne oslone na kvantnu teoriju polja, čija je popularnost u to doba bila izuzetno niska. Jedan mladi teoretičar u CERN-u, Gabrijel Venecijano (Gabriel Veneziano), došao je na ideju da naprosto izmisli, 'od oka', jednu formulu koja bi dala verovatnoće za rasejanje dvaju čestica kad se sudaraju pri raznim energijama i pod raznim uglovima, i koja bi u isti mah imala i neke od osnovnih odlika što ih zahtevaju načela teorije relativnosti, kao i načela kvantne mehanike. Upotrebljavajući dobro znana matematička oruđa koja svaki student fizike mora ranije ili kasnije naučiti, on je uspeo da sazda jednu zapanjujuće jednostavnu formulu koja je zadovoljila sve te uslove. Ova Venecijanova formula privukla je veliku pažnju; ubrzo je, radom nekolicine teoretičara, uopštena i primenjena na nekoliko drugih procesa, odnosno upotrebljena kao osnovica za jednu shemu sistemske aproksimacije. Niko u to doba nije ni pomišljao da bi se mogla upotrebiti i za neku kvantnu teoriju gravitacije; rad je bio nadahnut isključivo nadom da će se postići bolje razumevanje jakih nuklearnih sila. (Ona prava teorija jakih sila, jedna kvantna teorija polja poznata kao kvantna hromodinamika, bila je tada još nekoliko godina u budućnosti.)
     U toku tog rada, shvaćeno je da Venecijanova formula i njena proširenja i uopštenja nisu samo srećni nasumični pogoci, nego da predstavljaju teoriju koja opisuje jednu novu vrstu fizičkog entiteta, a to je relativistička kvantnomehanička struna. Naravno, obične strune (kanapi, konci, žice...) sazdane su od čestica kao što su protoni i neutroni i elektroni, ali ove nove strune nisu takve, jer su od njih, možda, sagrađeni protoni, neutroni i elektroni. Nije nekoga naprosto ponela misao da bi materija mogla biti načinjena od 'konopčića', a on posle prionuo na posao i smislio prikladnu teoriju; desilo se obratno, teorija struna je razvijena pre nego što je iko shvatio da to što razvija jeste teorija struna.
     Te strune možemo slikovito zamisliti kao majušne jednodimenzione rascepe u glatkom tkivu prostora. Strune mogu biti otvorene, dakle sa dva slobodna kraja, ili mogu biti zatvorene, odnosno savijene u prsten, kao kružne 'gumice'. Dok lete kroz prostor, strune vibriraju. Svaka struna može biti pronađena u bilo kom od bezbrojnih mogućih stanja (ili modova) vibriranja, otprilike onako kao što zvučna viljuška ili violinska struna proizvode, dok vibriraju, razne uzgredne tonove. Vibracije obične violinske strune (žice na violini) vremenom zamiru zato što se energija njihovog vibriranja postepeno rasipa u nasumično kretanje atoma od kojih je žica napravljena - dakle, u jedno kretanje koje mi opažamo kao toplotu. Nasuprot tome, strune koje nas ovde zanimaju zaista su temeljne i nastavljaju treperiti zauvek; one nisu načinjene od atoma niti od ma čega drugog, a njihova energija vibriranja naprosto nema kuda da ode.
     Pretpostavlja se da su strune veoma malene. Zbog toga struna, kad je posmatramo ne ispitujući vrlo male dužine, izgleda kao tačka, odnosno kao čestica koja je tačka. A pošto se struna može nalaziti u bilo kom modu vibriranja (a tih modova ima beskonačno mnogo), onda struna izgleda kao neka čestica, ova ili ona, već prema tome u kom modusu vibrira.
     Rane verzije teorije struna nisu bile bez problema. Proračuni su pokazali da bi među bezbrojnim modovima treperenja bio i jedan takav u kome bi se zatvorena struna, trepereći baš tako, pojavljivala kao čestica nulte mase i sa spinom dva puta većim od spina fotona. Imajte na umu da su teorije struna proistekle iz Venecijanovih nastojanja da razume jake nuklearne sile, i da su u prvo vreme shvatane kao teorije jakih sila i onih čestica na koje deluju jake sile. Nije poznata nijedna čestica koja bi osećala dejstvo jake nuklearne sile, a imala tu masu i taj spin; štaviše, trebalo bi da su takve čestice, ako ih uopšte ima, već davno uočene u opitima. Tu je, dakle, nastao ozbiljan sukob između teorije i opita.
     Ali postoji jedna čestica čija je masa jednaka nuli, a spin dva puta veći nego kod fotona. Ona ne oseća dejstvo jakih nuklearnih sila; ona je graviton, čestica gravitacionog zračenja. Poznato je još od šezdesetih godina da bi svaka teorija čestice sa takvom masom i takvim spinom morala izgledati manje-više isto kao opšta teorija relativnosti. Ona čestica bez mase koja je teorijski nađena u ranim danima teorije struna razlikovala se od pravog gravitona samo u jednoj važnoj osobini: razmenom te nove čestice bez mase nastajale bi sile slične gravitacionim u svemu osim što bi bile sto biliona biliona biliona puta jače.
     Kao što se često dešava u fizici, teoretičari struna otkrili su pravo rešenje za pogrešan problem. Postepeno je jačala ideja, tokom ranih osamdesetih godina, da ta nova čestica bez mase koja je pronađena samo kao matematička posledica teorija struna nije neki analogon gravitona sa izrazitim međudejstvom - nego, baš, pravi graviton. Da bi se gravitacionim silama pripisala ispravna jačina, bilo je potrebno podesiti napetost strune u osnovnim jednačinama teorije struna toliko da razlika energije između najnižeg i prvog sledećeg energetskog stanja strune ne bude tričavih nekoliko stotina miliona volti, koliko je svojstveno nuklearnim pojavama, nego nešto nalik na Plankovu energiju, dakle milion miliona miliona milijardi volti: pri takvoj energiji gravitacija bi postala jednako snažna kao sve ostale sile.Podsetimo se da volt, uzet kao jedinica energije, jeste ona energija koju stiče jedan elektron kad ga električna baterija od jednog volta gura od jednog svog pola, kroz žicu, ka drugom polu. To je tako visoka energija da se sve čestice standardnog modela - svi kvarkovi, fotoni, gluoni i tako dalje - moraju poistovetiti sa najnižim modovima vibriranja strune; inače bi za njihovu proizvodnju bilo potrebno toliko energije da nikada ne bi bile otkrivene.
     Sa ove tačke gledanja, jedna kvantna teorija polja (a standardni model je upravo to) jeste samo niskoenergetska aproksimacija - dakle, približna, ali ne sasvim tačna verzija temeljne teorije koja, međutim, uopšte nije teorija nikakvih polja, nego je teorija struna. Sada smatramo da naše kvantne teorije raznih polja dejstvuju tako uspešno kao što vidimo da dejstvuju pri energijama dostupnim u našim modernim akceleratorima ne zato što je priroda konačno opisana nekom kvantnom teorijom polja nego zato što svaka teorija koja zadovoljava zahteve kvantne mehanike, kao i zahteve posebne teorije relativnosti, izgleda, pri dovoljno niskoj energiji, kao kvantna teorija polja. Sve smo bliži uverenju da je naš standardni model jedna efektivna teorija polja, pri čemu pridev 'efektivna' služi da nas podseti na to da su takve teorije samo niskoenergetske aproksimacije jedne druge, veoma različite teorije, koja bi možda mogla biti teorija struna. Dakle, standardni model je bio jezgro savremene fizike, a ovaj pomak u gledanju na kvantne teorije polja mogao bi nagoveštavati da počinje neka nova, postmoderna era u fizici.
     Pošto su i gravitoni i mnoštvo drugih čestica uključeni u teorije struna, onda one daju, prvi put, osnovicu za neku moguću konačnu teoriju. Uistinu, pošto se čini da je graviton neizbežno prisutna odlika svake teorije struna, možemo kazati da teorija struna objašnjava zbog čega gravitacija postoji. Edvard Viten (Edward Witten), naučnik koji će postati jedan od vodećih teoretičara struna, doznao je za ovaj vid teorije struna još godine 1982, čitajući članak Džona Švorca (John Schwartz), teoretičara sa Kalteka; trenutak tog uviđanja bio je "najveće intelektualno uzbuđenje u mome životu", kaže Viten.
     Čini se da su teorije struna takođe rešile problem sa onim beskonačnostima koje su kao kuga izjedale svaku raniju kvantnu teoriju gravitacije. Iako može izgledati kao čestica koja je sva u jednoj tački, struna to nije; najvažnija stvar koju o strunama treba znati upravo je ta da strune nisu tačke nego su izduženi objekti. Kad god se u običnim teorijama polja pojave beskonačnosti, mi im možemo pratiti trag unazad sve do činjenice da polja opisuju 'tačkaste' čestice. (Evo primera: zakon o obrnutoj srazmernosti kvadratu rastojanja daje beskonačno veliku silu ako stavimo dva tačkasta elektrona na isto mesto.) Za razliku od toga, valjano formulisane teorije struna kao da su slobodne od ma kakvih beskonačnosti.
     Zanimanje za teorije struna stvarno se počelo veoma povećavati godine 1984, kada je Švorc, zajedno sa Majklom Grinom (Michael Green) sa koledža Kvin Meri u Londonu, pokazao da su dve, tačno određene, teorije otvorenih struna položile test matematičke doslednosti na kome su pale ranije proučavane teorije struna. Najuzbudljivija osobina rada Grina i Švorca bila je ta što je njime nagovešteno da teorije struna imaju onu vrstu krutosti koju bismo zahtevali od zaista temeljne teorije - jer, iako možemo zamisliti ogroman broj različitih teorija o otvorenim strunama, činilo se da su samo dve takve teorije matematički razumne. Oduševljenje za teorije struna dostiglo je grozničavu žestinu kad je jedna ekipa teoretičara pokazala da donja granica energije u jednoj od te dve Grin-Švorcove teorije upadljivo liči na naš standardni model slabe, jake i elektromagnetne sile, i kad je druga ekipa (nazvana 'Prinstonski gudački kvartet'),Engleski: Princeton String Quartet - prim.prev. našla nekoliko novih teorija struna koje su još približnije standardnom modelu. Mnogi teoretičari su tad počeli pomišljati da nam je konačna teorija na dohvatu.
     Od tih dana, oduševljenje je donekle splasnulo. Sad je poznato da ima mnogo hiljada teorija struna koje su matematički dosledne na isti način kao dve Grin-Švorcove. Sve te teorije zadovoljavaju istu osnovnu simetriju koja leži u njihovoj osnovi, a koja je poznata kao konformalna simetrija, ali ta simetrija nije izvedena iz posmatranja prirode, kao Ajnštajnovo načelo relativnosti, nego je, čini se, morala biti uneta da bi se jemčila kvantnomehanička doslednost tih teorija. Sa te tačke gledanja može se reći da su sve te hiljade zasebnih teorija struna samo različiti načini da se zadovolje zahtevi konformalne simetrije. Široko je rasprostranjeno uverenje da to mnoštvo teorija struna nije, zapravo, mnoštvo zasebnih teorija, nego da su sve to samo različiti načini rešavanja jedne jedine, iste teorije. Ali mi u to nismo sigurni, a osim toga, niko ne zna koja bi to jedna (u osnovi svih ostalih) teorija bila.
     Svaka od tih mnogo hiljada 'teorija' struna ima, ponaosob, svoje sopstvene prostorvremenske simetrije. Neke od njih zadovoljavaju Ajnštajnove zahteve relativnosti; u nekim drugim uopšte ne postoji ništa što bismo mogli prepoznati kao normalan prostor sa tri dimenzije. Svaka od tih 'teorija' struna ima, takođe, neke svoje unutrašnje simetrije, koje su, uopšteno govoreći, simetrije iste one vrste kao i unutrašnje simetrije u osnovi našeg sadašnjeg standardnog modela slabe, jake i elektromagnetne sile. Ali jedna od najkrupnijih razlika između teorija struna i svih ranijih teorija sastoji se u tome što u ovim teorijama simetrije (prostorvremenske i unutrašnje) nisu veštački umetnute nego su matematičke posledice upravo onog, tačno određenog načina na koji su pravila kvantne mehanike (i konformalne simetrije koja je zato potrebna) zadovoljena u svakoj pojedinoj teoriji struna. Prema tome, teorije struna potencijalno predstavljaju važan korak prema racionalnom objašnjenju prirode. One mogu, takođe, biti najbogatije od svih matematički doslednih teorija saglasnih sa načelima kvantne mehanike, kao i - istaknimo tu činjenicu - jedine takve teorije u kojima se može pronaći išta nalik na silu teže.
     Popriličan broj današnjih mladih teorijskih fizičara radi na teoriji struna. Pojavili su se neki ohrabrujući rezultati. Na primer, u teorijama struna je prirodno da osobene jačine jake i elektroslabe sile postanu, pri veoma visokoj energiji, jednake, kad ih merimo poređenjem sa napetošću strune, iako ne postoji nikakva zasebna simetrija koja bi te sile ujedinila. Ali, za sada, nije izronilo nijedno podrobno kvantitativno predviđanje koje bi omogućilo da merenjem presudno proverimo valjanost ili nevaljanost teorije struna.
     Ovaj zastoj doveo je do žalosnog rascepa u redovima fizičara. Teorija struna je veoma zahtevna; malo koji od teoretičara koji se bave drugim problemima ima dovoljnu stručnu pripremljenost da shvati tehničke članke o teoriji struna, a, opet, malo ko od teoretičara struna ima dovoljno vremena da prati ma šta drugo što se radi u fizici, ponajmanje ono što se radi u oblasti visokoenergetskih opita. Neki od mojih kolega reagovali su na ovu nesrećnu situaciju tako što su ispoljili izvesno neprijateljstvo prema teoriji struna. Ja ne gajim takva osećanja. Teorija struna je naš jedini današnji izvor mogućih kandidata za konačnu teoriju; zar bi mogao iko očekivati da neće mnogi od najblistavijih mladih teoretičara raditi na njoj? Žalosno je da ona dosad nije postigla veće uspehe, ali i teoretičari struna se svojski trude, kao i svi ostali, da se snađu koliko je najbolje moguće u ovom veoma mučnom trenutku u istoriji fizike. Naprosto se moramo nadati da će teorija struna postati uspešnija, ili da će novi opiti otvoriti nove pravce napretka.
     Na nesreću, još niko nije pronašao jednu određenu, konkretnu teoriju struna koja bi se savršeno podudarila sa onim prostorvremenskim i unutrašnjim simetrijama i sa onim menijem kvarkova i leptona koji opažamo u prirodi. Ima još: ne znamo, zasad, ni kako da izbrojimo (i poređamo po rednom broju) sve moguće teorije struna, niti kako da vrednujemo njihove odlike. Da bi ovi problemi bili rešani, biće potrebno, čini se, da smislimo neke nove metode računanja, kojima ćemo zakoračiti dalje od onih matematičkih tehnika koje su, u prošlosti, dejstvovale tako dobro. Evo primera. U kvantnoj elektrodinamici možemo dejstvo koje nastaje kad elektroni u jednome atomu razmene između sebe dva fotona izračunati kao malu popravku u odnosu na dejstvo razmene samo jednog fotona između njih; zatim, dejstvo razmene tri fotona možemo izračunati kao dalju, još manju popravku u odnosu na dejstvo razmene dva, i tako sve dalje i dalje, sa sve sitnijim popravkama; ovaj lanac popravljanja mi ćemo prekinuti kad god hoćemo, a to znači kad nam se učini da su dalje popravke odveć sitne da bi nas zanimale. Ovaj metod izračunavanja poznat je kao teorija perturbacije. Ali ključna pitanja teorije struna obuhvataju razmenu beskonačnih mnoštava struna, što znači da se ne mogu izračunavati pomoću teorije perturbacije.
     Ima toga još... još goreg. Čak i kad bismo znali kako da matematički postupamo sa teorijama struna, i čak kad bismo uspeli da prepoznamo jednu od njih kao onu pravu koja se uklapa u sve što u prirodi opažamo, opet ne bismo imali, u ovom trenutku, nikakvo merilo koje bi nam omogućilo da kažemo zašto bi teorija struna bila najprimerenija stvarnom svetu. Ponavljam još jednom: cilj fizike na njenom najdubljem nivou jeste ne samo opisati svet nego i objasniti zašto svet jeste takav kakav jeste.
     U traganju za merilom koje bi nam omogućilo da odaberemo onu pravu među teorijama struna, možda ćemo biti prisiljeni da se pozovemo na jedno načelo čiji je status u fizici prilično sumnjiv, a koje se zove antropičko načelo. Ono kaže da zakoni prirode treba da budu takvi da omoguće postojanje inteligentnih bića koja će postavljati pitanja o zakonima prirode.
     Ideja o antropičkom načelu začela se primedbom da zakoni prirode izgledaju iznenađujuće tačno podešeni za postojanje živih bića. Jedan slavan primer ovoga jeste sinteza hemijskih elemenata. Po savremenim shvatanjima, ova sinteza je počela kad je Vaseljena bila oko tri minuta stara (pre toga je bila odveć vrela da bi se protoni i neutroni 'zalepili' jedni uz druge i stvorili atomska jezgra). Kasnije je stvaranje hemijskih elemenata nastavljeno u zvezdama. U prvo vreme se mislilo da su elementi nastali tako što je atomskim jezgrima dodavana jedna nuklearna čestica, pa kasnije još jedna, i tako redom, polazeći od najjednostavnijeg elementa, vodonika, čije jezgro se sastoji od jedne jedine čestice (protona). Međutim, iako se na taj način bez teškoća stiže do jezgra helijuma, koje se sastoji od četiri čestice (dva protona i dva neutrona), ne postoji stabilno jezgro koje bi se sastojalo od pet nuklearnih čestica, a to znači da sledeći korak na tom putu nije bio moguć. Rešenje je posle dužeg vremena pronašao Edvin Salpiter (Edwin Salpeter) godine 1952, a ono glasi: u zvezdama se mogu spajati po dva jezgra helijuma i davati nestabilno jezgro berilijuma 8, koji ponekad, pre nego što stigne da se raspadne opet na dva helijumska jezgra, primi još jedno, treće helijumsko jezgro i obrazuje jezgro ugljenika. Međutim, kao što je naglasio Fred Hojl godine 1954, da bi ovaj proces mogao dovesti do izobilja ugljenika koje opažamo u kosmosu, mora postojati neko takvo stanje ugljenikovog jezgra u kome to jezgro ima energiju koja mu daje nepravilno veliku verovatnoću da će se ono formirati u sudaru jezgra helijuma sa jezgrom berilijuma 8. (Tačno takvo stanje kasnije su pronašli eksperimentatori koji su radili sa Hojlom.) Kad se u zvezdama jednom obrazuje ugljenik, nema daljih prepreka za izgradnju svih težih elemenata, pa i onih kao što su kiseonik i azot - elemenata potrebnih za postojanje nama poznatih oblika života. Međutim, da bi ovo bilo moguće, energija tog stanja uglenikovog atoma mora biti veoma bliska zbiru energija jednog jezgra berilijuma 8 i jednog jezgra helijuma. Kad bi energija tog stanja ugljenikovog atoma bila malo veća ili malo manja, onda bi se vrlo malo ili nimalo ugljenika i težih elemenata stvorilo u zvezdama, a samo od vodonika i helijuma ne bi, nikada, moglo nastati nijedno živo biće. Energije nuklearnih stanja nalaze se u jednoj složenoj zavisnosti od fizičkih konstanti, kao što su mase i naelektrisanja svih elementarnih čestica. Već na prvi pogled - upadljiva slučajnost: sve te konstante imaju tačno one vrednosti koje su omogućile da se ugljenik ovako stvara.
     Dokazi da su zakoni prirode tačno podešeni da bi život bio moguć meni se ne čine osobito uverljivi. Kao prvo, jedna grupa fizičara nedavno je pokazala da bi energija tog pomenutog ugljenikovog stanja mogla znatno da se poveća, a da ipak ne smanji bitno proizvodnju ugljenika u zvezdama. Dalje, ako počnemo menjati konstante prirode, možda ćemo pronaći mnoga druga stanja i ugljenikovog jezgra i drugih jezgara koja bi mogla otvoriti neke alternativne puteve ka sintezi elemenata težih od helijuma. Ne raspolažemo nijednim dobrim načinom da ocenimo koliko je bilo neverovatno da se sve konstante prirode podese baš na ove vrednosti koje danas imaju, a koje jesu povoljne za uzdizanje inteligentnog života.
     Bez obzira na to da li antropičko načelo jeste ili nije potrebno da bismo objasnili stvari kao što su energije pojedinih nuklearnih stanja, postoji jedan kontekst u kome ono naprosto sledi iz običnog zdravog razuma. Naime, moguće je da sve logički prihvatljive vaseljene na neki način postoje, i da svaka ima svoj skup temeljnih zakona. Ako je tako, onda sigurno ima mnogo vaseljena koje, zbog svojih zakona ili zbog svoje istorije, nisu podobne za uzdizanje inteligentnog života. Ali svaki naučnik koji se pita zašto svet jeste takav kakav jeste neizbežno će morati da živi u jednoj od onih drugih vaseljena, u kojima nastanak inteligentnih živih bića jeste moguć.Jedan fizičar, emigrant iz Sovjetskog Saveza, ispričao mi je pre nekoliko godina vic koji se prepričavao u Moskvi, a u kome se kaže da je antropičkim načelom objašnjeno zašto je život tako bedan. Naime, ima mnogo više načina da se bude nesrećan nego da se bude srećan, a antropičko načelo samo zahteva da zakoni prirodi dopuste postojanje inteligentnog života, ali ne nalaže da ta inteligentna bića moraju prijatno živeti.
     Slaba tačka ovakvog tumačenja antropičkog načela sastoji se u tome što značenje takve mnogostrukosti svemira nije nimalo jasno. Jedna vrlo jednostavna mogućnost, koju je predložio Hojl, bila bi da prirodne konstante variraju od oblasti do oblasti, tako da je svako veće područje Vaseljene nešto kao podvaseljena. Ista vrsta tumačenje mnogostrukosti Vaseljene bila bi moguća ako su te konstante, koje uobičajeno nazivamo konstantama prirode, bile različite u raznim epohama tokom istorije Vaseljene. U novije doba veoma mnogo se čuju rasprave o jednoj drugačijoj mogućnosti, daleko revolucionarnijoj - naime, da su i naša Vaseljena i druge logički moguće vaseljene sa drugačijim konačnim zakonima nastale izdvajanjem, nekakvim izletanjem iz jedne veće, megavaseljene. Na primer, u nedavnim pokušajima da se kvantna mehanika nekako primeni na gravitaciju opaženo je da, iako običan prazan prostor izgleda kao da mirno spava i nema nikakve osobenosti (kao površina okeana kad ga gledate sa velike visine), taj isti prazan prostor osmotren izbliza jeste prepun kvantnih fluktuacija od kojih naprosto sav 'ključa', do te mere da bi se čak mogle otvarati 'crvotočine' koje bi spajale neke delove Vaseljene sa nekim drugim delovima dalekim u prostoru i u vremenu. Godine 1987. (posle ranijih radova Stivena Hokinga, Džejmsa Hartla i drugih), Sidni Koulmen (Sidney Coleman) sa Harvarda pokazao je da dejstvo otvaranja ili zatvaranja crvotočine jeste naprosto to da se izmene izvesne konstante u jednačinama od kojih zavise razna polja. Baš kao i u onom tumačenju kvantne mehanike gde se pominje mnoštvo svetova, tako se u ovom slučaju talasna funkcija Vaseljene razbija i rasipa u ogromno mnoštvo članova, a u svakom od njih 'konstante' prirode poprimaju različite vrednosti, uz razne, drugačije verovatnoće. U svim takvim teorijama ostaje, već po najosnovnijem zdravom razumu, jasno da ćemo se mi naći u onoj oblasti kosmosa, ili u onoj epohi istorije kosmosa, ili u onom članu talasne funkcije, u kome se dogodi da 'konstante' prirode dobiju neke vrednosti povoljne za postojanje razumnih bića.
     Fizičari će svakako istrajati u pokušajima da objasne konstante prirode bez pribegavanja antropičkim argumentima. Moje je predviđanje da ćemo otkriti da, zapravo, sve te konstante prirode (osim možda jedne od njih) jesu utvrđene nekim ili nekakvim načelima simetrije, kao i da za postojanje života ipak nije bilo neophodno nikakvo naročito upečatljivo fino podešavanje zakona prirode. Jedina konstanta prirode koja će možda ipak morati da se objasni nekom vrstom antropičkog načela jeste ona koju poznajemo pod nazivom kosmološka konstanta.
     Ona se prvi put pojavila u fizičkoj teoriji u Ajnštajnovom prvom pokušaju da primeni svoju novu opštu teoriju relativnosti na celu Vaseljenu. U tom svom radu, Ajnštajn je pretpostavio, kao što je u ono doba bio običaj, da je svemir statičan, ali je vrlo brzo ustanovio da njegove jednačine gravitacionog polja, u obliku koji im je on prvobitno dao, primenjene na Vaseljenu kao celinu nemaju nikakvo statično rešenje. (A taj zaključak, zapravo, nema nikakve posebne veze sa teorijom relativnosti. I po Njutnovoj teoriji gravitacije mogli bismo doći do takvog rešenja jednačina koje bi nas navelo na pretpostavku da će se sve galaksije sjuriti, pod dejstvom uzajamnog gravitacionog privlačenja, u jednu tačku, ili bismo mogli doći do drugačijeg rešenja, po kome bi zbog neke početne eksplozije sve galaksije morale da se udaljuju jedna od druge; ponajmanje bismo očekivali da galaksije naprosto miruju u kosmosu gde se koja zatekla.) Da bi omogućio da svemir bude statičan, Ajnštajn je odlučio da izmeni svoju teoriju. Uveo je u jednačine jedan član koji bi morao na velikim udaljenostima davati nešto nalik na odbojnu silu, čime bi se uravnotežila privlačna sila gravitacije. U tom članu nalazi se jedna slobodna konstanta, koja je u Ajnštajnovoj statičnoj kosmologiji odredila veličinu Vaseljene i koja je zbog toga postala poznata kao kosmološka konstanta.
     To je bilo godine 1917. Zbog svetskog rata, Ajnštajn nije doznao da je jedan američki astronom, Vesto Slifer (Vesto Slipher), već našao pokazatelje da se galaksije (mi ih sada tako nazivamo) veoma brzo udaljavaju jedna od druge, i da Vaseljena nije statična nego da se širi. Ovo širenje Vaseljene potvrdio je i njenu brzinu izmerio Edvin Habl (Edwin Hubble) posle rata, koristeći novi teleskop od 100 inča (254 cm) na planini Maunt Vilson. Ajnštajn je tada zažalio što je uvođenjem kosmološke konstante osakatio svoju teoriju. Međutim, kosmološka konstanta nije se dala tako lako 'izbaciti'.
     Kao prvo, nema razloga da se u Ajnštajnove jednačine polja ne uvede neka kosmološka konstanta. Ajnštajnova teorija zasnovana je na onom načelu simetrije koje kaže da zakoni prirode ne treba da zavise od prostornog i vremenskog okvira koji mi upotrebljavamo dok proučavamo te zakone. Ali Ajnštajnova prvobitna teorija nije bila najuopštenija teorija dopuštena tim načelom simetrije. Postoji ogroman broj mogućih dopuštenih članova koji bi se mogli pridodati Ajnštajnovim jednačinama polja, a čija dejstva bi bila na astronomskim daljinama zanemarljivo mala, tako da bi se mogla bezbedno prenebreći. Ako se izuzme ta mogućnost, ostaje samo još jedan član koji bi se Ajnštajnovim jednačinama polja mogao pridodati bez narušavanja temeljnog načela simetrije u opštoj teoriji relativnosti, a koji bi bio značajan za astronomiju: onaj član u kome se pojavljuje kosmološka konstanta. Ajnštajn je 1915. godine radio pod pretpostavkom da jednačine polja treba tako odabirati da budu što je moguće jednostavnije. Iskustvo poslednjih tri četvrtine veka naučilo nas je da na takve pretpostavke gledamo bez mnogo poverenja, jer se najčešće pokazalo da svaka složenost u našim teorijama koja nije izričito zabranjena nekim načelom simetrije ili nekim drugim načelom predstavlja nešto što se, negde, stvarno pojavljuje. Otud nije dovoljno reći da je kosmološka konstanta suvišno usložnjavanje. I jednostavnost, kao i sve ostalo, treba objasniti.
     U kvantnoj mehanici taj problem je još gori. Raznovrsna polja koja nastanjuju naš svemir podložna su stalnim kvantnim fluktuacijama koje daju energiju čak i prostoru za koji kažemo da je prazan. Ova energija može se opaziti jedino po svojim gravitacionim dejstvima; jer energija ma koje vrste stvara i gravitaciona polja oko sebe, ali i podleže dejstvima drugih gravitacionih polja, tako da bi ta energija koja ispunjava celokupni prostor mogla značajno delovati na širenje svemira. Nismo sposobni da izračunamo koliko energije po jedinici zapremine nastaje zbog pomenutih kvantnih fluktuacija; a kad to pokušamo, upotrebom najjednostavnijih približnosti, dobije se zaključak da je posredi beskonačna vrednost. Ali ako učinimo neko bar približno razumno nagađanje o načinima na koje bi se mogle izbaciti one visokoenergetske fluktuacije zbog kojih nastaje ta beskonačnost, i onda izračunamo energiju vakuuma po kubnom metru, kubnom kilometru i tako dalje, dobijamo jednu zaista divovsku vrednost: ona je približno jedan bilion biliona biliona biliona biliona biliona biliona biliona biliona biliona puta veća nego što bi, po opaženoj brzini širenja svemira, smela biti. Ovo je svakako, po broju nula, odnosno redova veličine, najgrozniji promašaj u proceni koji se u celokupnoj dosadašnjoj istoriji nauke dogodio.
     Ako je ova energija praznog prostora pozitivna, onda ona proizvodi gravitaciono odbijanje između čestica materije na vrlo velikim udaljenostima, a tačno to je radio i onaj član koji je Ajnštajn 1917. godine uveo u svoju teoriju, a u kome je bila i kosmološka konstanta. Zato možemo smatrati da energija nastala kvantnim fluktuacijama samo daje doprinos 'ukupnoj' kosmološkoj konstanti; na širenje Vaseljene deluje samo ta ukupna, a ne zasebno ona kosmološka konstanta koju nalazimo u jednačinama polja u opštoj teoriji relativnosti, niti zasebno ona kosmološka konstanta koju nalazimo u kvantnoj energiji vakuuma. Ovim se otvara mogućnost da se problem kosmološke konstante i problem energije praznog prostora mogu međusobno poništiti. Drugim rečima, mogla bi postojati negativna kosmološka konstanta u Ajnštajnovim jednačinama polja, koja bi imala samo jedno dejstvo: naime, ona bi poništila ovu divovsku energiju vakuuma koja nastaje zbog kvantnih fluktuacija. Ali da bi ukupna kosmološka konstanta bila u skladu sa onim što znamo o širenju Vaseljene, morale bi se te dve pomenute komponente u njoj međusobno poništavati sasvim tačno u prvih 120 decimalnih mesta. Ne bismo rado dopustili da jedna takva podudarnost ostane neobjašnjena.
     Već godinama se teorijski fizičari upinju da shvate kako se to poništila ukupna kosmološka konstanta, ali uzalud. Nisu našli, evo, ni do danas nikakvo uverljivo objašnjenje. Teorija struna ne samo što nije pomogla, nego je u ovoj stvari čak i odmogla. Jer, svaka od mnogobrojnih različitih teorija struna daje neku drugu vrednost za ukupnu kosmološku konstantu (i za delovanje vakuumskih kvantnih fluktuacija); u većini slučajeva, daje daleko preveliku vrednost. Kad bi ukupna kosmološka konstanta stvarno bila toliko velika, prostor bi bio tako korenito zakrivljen da ne bi nimalo ličio na dobro znani euklidovski trodimenzioni prostor u kome živimo.
     Ako sve drugo propadne, bićemo vraćeni nazad na antropičko objašnjenje. Možda u nekom smislu reči postoje mnoge, raznovrsne 'vaseljene', a u svakoj drugačija vrednost kosmološke konstante. Ako bi to bilo istinito, onda jedina vaseljena u kojoj možemo očekivati da nađemo sebe jeste ona vaseljena u kojoj je ukupna kosmološka konstanta tako malena da može nastati život i započeti evolucija. Konkretnije rečeno: tamo gde bi ukupna kosmološka konstanta bila suviše velika, a ujedno i negativna, vaseljena bi projurila kroz svoj životni ciklus širenja i sažimanja tako brzo da život ne bi imao vremena da se pojavi. A tamo gde bi ukupna kosmološka konstanta bila velika i pozitivna, svemir bi se širio za večita vremena, ali bi odbojna sila, proizvedena delovanjem te iste ukupne kosmološke konstante, onemogućila da se mali delovi materije međusobno gravitaciono privuku i udruže u galaksije i zvezde u mladosti te vaseljene, pa prema tome život ne bi imao mesta na kojima bi se mogao pojavljivati. Možda je prava teorija struna ona jedna (ako je samo jedna) koja vodi do ukupne kosmološke konstante što bi bila unutar jednog srazmerno uskog raspona različitih vrednosti koje pružaju životu priliku da se pojavi.
     Jedna od začuđujućih posledica ove linije razmišljanja jeste ta da nema razloga da ukupna kosmološka konstanta (dakle, ona u koju ulaze i dejstva vakuumskih kvantnih fluktuacija) bude baš tačno jednaka nuli; antropičko načelo zahteva samo da ona bude dovoljno mala da se galaksije mogu obrazovati i onda opstati milijardama godina. Zapravo, već neko vreme od astronoma stižu nagoveštaji, zasnovani na osmatranjima, da ukupna kosmološka konstanta nije ravna nuli nego da je mala i pozitivna.
     Jedan od tih nagoveštaja stiže nam iz znamenitog problema 'nedostajuće mase'. Najprirodnija vrednost za gustinu mase u Vaseljeni (i ujedno vrednost koju zahtevaju danas popularne kosmološke teorije) jeste ona koja bi dopuštala - ali samo malo, jedva dopuštala - da se svemir nastavi širiti večno. Ali ta vrednost je nekih pet do deset puta veća od onoga što zajedno daju mase svih postojećih jata galaksija. (Kolika je ta masa, to zaključujemo na osnovu kretanja galaksija u tim jatima.) Nedostajuća masa lako bi mogla biti tamna materija neke vrste, ali postoji još jedna mogućnost. Kao što je već pomenuto, dejstvo pozitivne kosmološke konstante u dlaku je isto kao i dejstvo ujednačene i postojane gustine energije, što opet, po Ajnštajnovoj slavnoj relaciji između energije i mase, jeste isto što i ujednačena i postojana gustina mase. Zato je moguće da nedostajućih 80% do 90% gustine 'mase' u kosmosu daje naprosto sama pozitivna kosmološka konstanta, a ne neka stvarna materija.
     Time ja ne želim kazati da nema nikakve razlike između gustine stvarne materije u svemiru i pozitivne ukupne kosmološke konstante. Vaseljena se širi, pa, prema tome, koja god da je gustina stvarne materije danas, u prošlosti je bila veća. Za razliku od toga, ukupna kosmološka konstanta ostaje nepromenjena kroz vreme, pa zato ostaje nepromenjena i ona gustina materije kojoj ta konstanta jeste ekvivalentna. Što je veća gustina materije, brže mora biti širenje svemira, a to znači da bi brzina širenja u prošlosti bila mnogo veća ako je 'nedostajuća masa' obična materija nego ako je samo posledica kosmološke konstante i njenog delovanja.
     Drugi nagoveštaj koji ukazuje na pozitivnu kosmološku konstantu dolazi od jednog problema koji je već odavno sa nama, a to je problem starosti Vaseljene. Po uobičajenim kosmološkim teorijama, mi samo pogledamo koja je opažena brzina širenja Vaseljene i zaključimo da je Vaseljeni trebalo negde između sedam i dvanaest milijardi godina da se ovoliko raširi. Ali starost globularnih zvezdanih jata u našoj sopstvenoj Galaksiji obično se procenjuje na nekih dvanaest do petnaest milijardi godina. Suočavamo se sa zaključkom da bi naša Vaseljena bila mlađa od zvezdanih jata u njoj. Iz ovog paradoksa se 'vadimo' tako što uzimamo najnižu ocenjenu starost globularnih zvezdanih jata i najvišu ocenjenu starost Vaseljene. Međutim, kao što smo već videli, uvođenje neke pozitivne ukupne kosmološke konstante umesto tamne materije imalo bi za posledicu to da bismo smatrali da je u prošlosti širenje naše Vaseljene bilo sporije nego što smo to dosad, na osnovu opaženog širenja, procenjivali, pa bi, zato, naša ocena o starosti Vaseljene bila pomaknuta ka većoj vrednosti. Na primer, ako kosmološka konstanta učestvuje sa 90% u ukupnoj gustini 'mase' u kosmosu, onda čak i pri najvišim procenama o brzini današnjeg širenja Vaseljene možemo smatrati da je ona stara jedanaest, a ne samo sedam milijardi godina, tako da nepodudarnost sa starošću zvezdanih globularnih jata više ne bi bila ozbiljna.
     Pozitivna kosmološka konstanta koja bi davala 80% do 90% sadašnje gustine 'mase' u Vaseljeni komotno je smeštena unutar onih granica koje bi dopustile nastanak života. Znamo da su izvesni kvazari, pa, može se pretpostaviti, i galaksije počeli da se zgušnjavaju iz Velikog praska veoma rano, dok je Vaseljena imala samo jednu šestinu svog sadašnjeg prečnika; to znamo zato što vidimo svetlost tih kvazara, svetlost čija je talasna dužina produžena šestostruko (toliki se pomak ka crvenom kraju spektra dogodio). U to vreme, gustina stvarne mase u Vaseljeni bila je šest na kub, odnosno negde oko dvesta puta veća nego sad - prema tome, kosmološka konstanta koja bi odgovarala gustini mase nekih pet do deset puta većoj nego što je gustina stvarne mase u svemiru danas ne bi mnogo uticala na formiranje galaksija tada, iako bi sprečila ikakvo formiranje galaksija u novije vreme. Dakle, vrlo približno govoreći, kosmološka konstanta koja bi pretpostavljala gustinu 'mase' pet do deset puta veću od današnje gustine stvarne mase u Vaseljeni bila bi ono što bi i trebalo, sa antropičkog stanovišta, da očekujemo.
     Na svu sreću, to je pitanje koje bi (za razliku od mnogih drugih pominjanih u ovom poglavlju) moglo već u bliskoj budućnosti da bude razrešeno astronomskim osmatranjima. Kao što smo videli, brzina širenja Vaseljene u prošlosti bila bi mnogo veća da je nedostajuća masa bila sačinjena od obične materije, a ne proistekla iz kosmološke konstante. Ova razlika u brzini širenja deluje na geometriju Vaseljene i na putanje svetlosnih zraka - štaviše, ona deluje tako da će astronomi možda uspeti to da otkriju. (Na primer, ne bi bio isti broj galaksija koje beže od nas različitim brzinama, niti bi bio isti broj galaktičkih gravitacionih sočiva - a ta sočiva jesu one galaksije koje svojim gravitacionim poljima savijaju svetlost nekih drugih, još udaljenijih objekata u tolikoj meri da mi dobijamo njihovu udvostručenu ili uvišestručenu sliku.) Zasad su rezultati osmatranja nejasni, ali na nekoliko opservatorija aktivno se radi na ovim pitanjima, pa bi trebalo uskoro da bude potvrđena ili odbačena kao netačna ta kosmološka konstanta koja daje 80% do 90% sadašnje gustine 'mase' u Vaseljeni. A takva kosmološka konstanta je tako ogromno manja od onog što bismo očekivali na osnovu procena o kvantnim fluktuacijama vakuuma da bi je bilo teško shvatiti na bilo koji način osim antropički. Prema tome, ako opažanja potvrde takvu kosmološku konstantu, tada će biti razumno da izvedemo zaključak da naše sopstveno postojanje igra značajnu ulogu u objašnjenju zašto Vaseljena jeste onakva kakva jeste.
     Ja se sve nadam, ako moja nada nešto vredi, da neće biti tako. Kao teorijski fizičar, više bih voleo da se osposobimo za tačna predviđanja, a ne da izričemo neke nejasne izjave da izvesne konstante moraju biti unutar nekog raspona koji je manje-više povoljan za živa bića. Nadam se da će teorija struna stvarno dati osnovu za konačnu teoriju, a takođe se nadam da će konačna teorija imati moć predviđanja tako veliku da će pomoću nje moći da budu određene vrednosti svih prirodnih konstanti, pa i kosmološke konstante. Videćemo.

10. SUOČENJE SA KONAČNOŠĆU

     Najzad, pol! Nagrada na koju se čekalo tri stoleća... Ne mogu naterati sebe da ovo shvatim. Sve izgleda tako jednostavno i obično.

     Robert Peri, dnevnik, naveden u knjizi Severni pol.

     Teško je zamisliti da bismo ikad mogli raspolagati neki fizičkim načelima ispod kojih ne bi stajala neka objašnjenja zasnovana na drugim, još dubljim načelima. Mnogi ljudi smatraju da se samo po sebi podrazumeva da ćemo naći beskonačni lanac uvek sve dubljih i dubljih načela. Na primer, Karl Poper (Karl Popper), patrijarh današnjih filozofa nauke, odbacuje 'zamisao o konačnom objašnjenju' i tvrdi da "svako objašnjenje može biti još dalje objašnjavano, nekom teorijom ili nekim nagađanjem sa još višim stepenom opštosti. Ne može postojati objašnjenje kome nije potrebno dalje objašnjavanje..."
     Moglo bi se pokazati da su u pravu Karl Poper i mnogi drugi koji veruju da se lanac temeljnih načela produžava u beskonačnost. Ali ne bih rekao da se to može tvrditi na osnovu činjenice da konačnu teoriju još niko nije našao. Bilo bi to kao da neki istraživač iz devetnaestog veka tvrdi da, pošto su svi raniji pohodi na Arktik, preduzimani stotinama godina, nalazili da i posle najupornijeg probijanja na sever ostaje još mnogo neistraženog leda i snega još severnije, Severni pol uopšte ne postoji, ili, bar, da će zanavek ostati nedostupan čoveku. Neka traganja, ipak, stignu do uspešnog završetka.
     Čini se da je veoma rašireno uverenje da su naučnici u prošlosti često zaluđivali sebe opsenama da su već pronašli konačnu teoriju. Zamišlja se da su oni nalik na istraživača dalekog severa, čoveka po imenu Frederik Kuk (Frederick Cook), koji je 1908. godine poverovao da je stigao na Severni pol, a pokazalo se da nije. Maštarija ide ovako: naučnik smisli neku svoju složenu teorijsku shemu, proglasi da je to konačna teorija, i onda je zadrto brani sve dok opitni dokazi protiv nje ne postanu neoborivi; tada dođe novo pokolenje naučnika i uvidi da je njegova shema bila skroz pogrešna. Međutim, koliko je meni poznato, nijedan ugledan fizičar u ovom veku nije rekao da je otkrivena konačna teorija. Tačno je da fizičari ponekad potcene razdaljinu koja još ima da se pređe do krajnje teorije. Pamtimo prognozu koju je Majklson izgovorio godine 1902, da "po svemu sudeći nije daleko dan kada će se konvergirajuće linije iz mnogih prividno dalekih oblasti razmišljanja susresti na... zajedničkom tlu". U novije doba, Stiven Hoking je, preuzimajući lukasovsku katedru za matematiku u Kembridžu (za kojom su ranije sedeli Njutn i Dirak) proglasio, u svom inauguralnom govoru, da će teorije o 'proširenoj supergravitaciji', koje su tada bile u modi, dati osnovu za nešto nalik na konačnu teoriju. Sumnjam da bi on danas to ponovio. Ali ni Majklson ni Hoking nijednog trenutka nisu rekli da je konačna teorija već dostignuta.
     Ako nam istorija može poslužiti kao ikakva smernica, meni se čini da ona ukazuje na to da konačna teorija postoji. U ovom veku videli smo konvergenciju strelica objašnjenja, nalik na konvergenciju svih meridijana ka Severnom polu. Naša najdublja načela, iako još nisu konačna, postajala su stalno sve jednostavnija i ekonomičnija. Videli smo tu konvergenciju ovde u objašnjenjima o komadu krede; gledao sam takvu konvergenciju i ja, tokom mnogih godina moje karijere u fizici. Kad sam bio postdiplomac, morao sam naučiti ogromnu količinu informacija o slabom međudejstvu i o jakom međudejstvu elementarnih čestica. Danas studenti elementarne fizike čestica nauče standardni model, kao i jednu dobru količinu matematike, i - mnogi od njih - malo šta drugo. (Profesori fizike ponekad sa zgražanjem pominju koliko malo studenti znaju o stvarnim pojavama u fizici elementarnih čestica, ali pretpostavljam da su oni koji su meni predavali fiziku na Kornelu i u Prinstonu takođe sa zgražanjem pričali koliko ja pojma nemam o atomskoj spektroskopiji.) Veoma je teško zamisliti kako bi dalja regresija ka sve temeljnijim teorijama mogla davati rezultate sve jednostavnije i sve objedinjenije, a da se strelice objašnjenja negde ne susteknu u jednu tačku.
     Zamislivo je, ali nije verovatno, da lanci objašnjenja i sve osnovnijih teorija niti idu u beskonačnost niti se negde prekidaju. Treću mogućnost nudi kembridžski filozof Majkl Redhed (Michael Redhead) koji izlaže zamisao da oni možda prave zaokret i vraćaju se sami u sebe. On zapaža da u ortodoksnom kopenhagenskom tumačenju kvantne mehanike mora postojati makroskopski svet posmatrača i njihovih mernih instrumenata, koji onda biva objašnjen u terminima kvantne mehanike. Ovo gledište, rekao bih ja, samo je još jedan primer onoga što nije u redu sa kopenhagenskim tumačenjem kvantne mehanike, a naročito sa njenom razlikom u tretiranju kvantnih pojava i posmatrača koji gledaju kvantne pojave. U realističkom pristupu kvantnoj mehanici (koji nude Hju Everet i drugi), postoji samo jedna kvantna funkcija koja opisuje sve pojave, kako posmatrače tako i ono što oni posmatraju, a temeljni zakoni jesu oni zakoni koji opisuju razvoj te talasne funkcije.
     Još korenitija je zamisao da ćemo na samom dnu naći da nema nikakvog zakona. Moj prijatelj i učitelj Džon Viler ponekad je govorio da možda nema nikakvog temeljnog zakona, i da su svi ovi zakoni koje mi danas proučavamo nametnuti prirodi samim načinom na koji mi vršimo osmatranja. Po nešto drugačijim linijama razmišljanja ide kopenhagenski teoretičar Holger Nilsen (Holger Nielsen) koji je predložio 'nasumičnu dinamiku' prema kojoj mi možemo da pretpostavimo šta god hoćemo o prirodnim pojavama koje se dešavaju na vrlo malim razdaljinama i pri vrlo visokim energijama - pojave koje su nam u laboratoriji dostupne izgledaće otprilike isto.
     Meni se čini da i Viler i Nilsen samo odguruju problem konačnih zakona malo dalje od sebe. Vilerovom svetu bez zakona ipak bi bili potrebni metazakoni koji bi određivali na koji to način naša osmatranja 'nameću' prirodi izvesne pravilnosti; među tim metazakonima našla bi se i sama kvantna mehanika. A i Nilsenu bi bili potrebni neki metazakoni da objasne kako se to izgled prirode menja kad god mi u laboratoriji izmenimo skalu razdaljina i energija pri kojima ćemo vršiti merenja; da bi se to moglo ostvariti, morale bi biti na snazi izvesne jednačine koje se zovu 'jednačine renormalizacionih grupa', a stvarno je teško videti otkud bi one mogle ući u svet bez zakona. Očekujem da će svi pokušaji da se ukinu temeljni zakoni prirode propasti, a ako neki od njih bude imao makar i najmanjeg uspeha, ishod će samo biti uvođenje nekih metazakona koji će objašnjavati otkud se pojavilo ono što sada nazivamo zakoni.
     Postoji, ipak, još jedna mogućnost. Rekao bih da je daleko verovatnija i da bi trebalo da nas zabrinjava daleko više. To je mogućnost da iako postoji konačna teorija - naime, jedan jednostavan skup načela iz kojih sve strelice objašnjenja polaze - mi nju nikada nećemo doznati. Na primer, moguće je da ljudska bića naprosto nisu dovoljnio inteligentna da otkriju ili da razumeju tu teoriju. Vi možete psa izdresirati da radi svašta, ali nešto mi se baš ne čini da će iko ikada izdresirati svog psa da pomoću kvantne mehanike izračuna neke atomske energetske nivoe. Najbolji razlog za nadu da je naša vrsta intelektualno sposobna da nastavi napredovanje u nauci jeste naša čudesna sposobnost da pomoću nauke spregnemo svoje mozgove u veću celinu. Ali to možda neće biti dovoljno. Eugen Vigner je upozorio da "nemamo prava da očekujemo da naš intelekt može formulisati savršene koncepte za puno razumevanje pojava nežive prirode". Zasad, na sreću, kao da još nismo dogurali do krajnjih granica naših intelektualnih resursa. U fizici, bar, imamo utisak da je svako sledeće pokolenje postdiplomaca blistavije od prethodnog.
     Daleko preča briga koja nas mori jeste ta da zbog nedostatka para može doći do prekidanja naših napora usmerenih ka otkrivanju konačnih zakona. Neki nagoveštaj ovog problema dobili smo kad se nedavno vodila rasprava u Sjedinjenim Državama da li superkolajder treba dovršiti ili ne. Taj trošak, ukupno osam milijardi dolara, razvučen na celu jednu deceniju, naša zemlja svakako može podneti, ali čak ni sami fizičari visokih energija ne bi rado predlagali neki još mnogo skuplji akcelerator u budućnosti.
     Kad ostavimo iza sebe ona pitanja o standardnom modelu na koja očekujemo da ćemo dobiti odgovor od superkolajdera, suočavamo se sa jednim dubljim nivoom pitanja, o ujedinjenju jakog, elektroslabog i gravitacionog međudejstva, a tu nam ne može neposredno pomoći nijedan akcelerator sada zamisliv.
     Ona zaista temeljna energija, Plankova, na kojoj bi se sva ta pitanja mogla opitno istražiti, viša je za nekih sto biliona puta od energije koju bi nam davao superprovodni superkolajder. Očekujemo da se tek pri Plankovoj energiji sve sile prirode konačno objedinjuju. To je, takođe, otprilike ona energija koja je po današnjim teorijama struna potrebna da se strune pobude da počnu vibrirati na sledećim, višim modovima, iznad onog najnižeg moda koji opažamo kao obične kvarkove, fotone i druge čestice standardnog modela. Nažalost, izgleda da su takve energije beznadno izvan našeg dohvata. Čak i kad bi svi ekonomski resursi celog ljudskog roda bili posvećeni samo tom jednom zadatku, ne bismo mogli početi jer ne bismo, danas, znali ni kako da počnemo izgradnju mašine koja bi mogla ubrzati čestice do takvih energija. Nije problem nabaviti toliku količinu energije; Plankova energija približno je jednaka onoj količini hemijske energije koju imate u punom rezervoaru benzina u vašem automobilu. Problem je kako svu tu energiju usredsrediti u jedan jedini proton ili elektron. Možda ćemo mi smisliti neki sasvim drugačiji način izgradnje takvih akceleratora - recimo, tako što bi se upotrebom jonizovanih gasova pomogao prenos energije sa moćnih laserskih zraka na pojedinačne naelektrisane čestice, ali čak i tada, stopa međusobnog reagovanja čestica pri tako visokim energijama mogla bi biti odveć mala, te se opiti ne bi mogli obavljati. Veći su izgledi da nas neki dalji proboji u teoriji, ili opiti neke druge vrste, oslobode potrebe da gradimo sve jače i jače ubrzivače čestica.
     Ja lično sklon sam da pretpostavim da postoji konačna teorija, kao i da smo mi sposobni da je otkrijemo. Možda će opiti na superkolajderu dati takva prosvetljujuća nova obaveštenja da će posle njih teoretičari biti u mogućnosti da upotpune konačnu teoriju, a da ne moraju proučavati čestice pri Plankovoj energiji. Moglo bi se čak desiti da kandidata za takvu konačnu teoriju nađemo među današnjim teorijama struna.
     Kako bi to čudno bilo kad bi se konačna teorija pronašla još u našem životnom veku! Otkriće konačnih zakona prirode biće jedna prekretnica u istoriji ljudskog intelekta, primetnija od ma koje druge od kad je, u sedamnaestom veku, počela moderna nauka. Možemo li mi sada dočarati sebi kako bi to izgledalo?
     Iako nije teško zamisliti jednu konačnu teoriju koja nema nikakvo dalje objašnjenje dato nekim još dubljim načelima, vrlo je teško zamisliti konačnu teoriju kojoj takvo objašnjenje nije potrebno. Kakva god bila, konačna teorija svakako neće biti logički neizbežna. Čak i ako se, recimo, pokaže da je to jedna od teorija struna i da se može izraziti sa samo nekoliko jednostavnih jednačina, i čak i ako budemo mogli pokazati da je to jedina moguća kvantnomehanička teorija sposobna da opiše i gravitaciju i sve ostale sile, a da pri tome ne zapadne ni u kakve matematičke nedoslednosti, mi ćemo i dalje morati da se pitamo zašto uopšte postoji, u prirodi, jedna takva stvar kao što je sila teže, i zašto bi priroda poštovala zakone kvantne mehanike. Zašto se Vaseljena ne sastoji naprosto od tačkastih čestica koje večno orbituju po zakonima Njutnove mehanike? Zašto, uopšte, postoji išta? Redhed verovatno izražava uverenje većine naučnika kad kaže da "nekakav a priori dat, samopotvrđujući temelj nauke, kao cilj prema kome bismo stremili, nije uverljiv".
     S druge strane, Viler je jednom primetio da ćemo se, kad stignemo do konačnih zakona prirode, zapitati zašto nam nisu bili sami po sebi očigledni još od početka. Slutim da bi Viler mogao biti u pravu, ali samo zato što ćemo do tad imati iza sebe vekove naučnih uspeha i neuspeha, tako da ćemo biti osposobljeni da uvidimo koliko su ti zakoni sami po sebi očigledni i jasni. Pa čak i tada, mislim da će staro pitanje 'Zašto?' ostati, u makar kako razređenom obliku, sa nama. Harvardski filozof Robert Nozik rvao se sa ovim problemom i zaključio da konačnu teoriju ne bi trebalo da tražimo samo na osnovu čiste logike, nego da bi trebalo i da pronalazimo neke argumente zahvaljujući kojima bi nam ta teorija dala veće zadovoljstvo nego što ga same surove činjenice mogu dati.
     Po mom uverenju, najbolje što bismo u tom smislu mogli učiniti bilo bi da pokažemo da konačna teorija, iako nije logički neizbežna, jeste logički izdvojena. Naime, moglo bi se dogoditi da, iako ćemo uvek biti u stanju da zamislimo druge teorije koje su sasvim različite od prave konačne teorije (jedna takva je dosadni svet čestica pod komandom Njutnove mehanike), konačna teorija koju najzad otkrijemo bude tako kruta da nema baš nikakvog načina da je makar i u najmanjoj meri preinačimo, a da to ne dovede do njenog logičkog kraha. U jednoj logički izdvojenoj teoriji, svaka konstanta prirode mogla bi se izračunati iz prvih načela; makar i najmanja promena u vrednosti bilo koje konstante uništila bi saglasnost teorije. Ta konačna teorija bila bi kao fino izrađeni porcelanski predmet koji, ako ga podvrgnete nekom uvrtanju, mora da se rasprsne u paramparčad. U ovom slučaju, iako možda ni tada nećemo znati zbog čega je konačna teorija istinita, znaćemo na osnovu čiste matematike i logike zašto ta istina nije malčice drugačija.
     Ovo nisu samo mogućnosti - već smo dobro odmakli na putu ka takvoj logički izolovanoj teoriji. Najtemeljnija poznata načela fizike jesu pravila kvantne mehanike, koja leže ispod svega drugog što znamo o materiji i njenim međudejstvima. Kvantna mehanika nije logički neizbežna; ne primećuje se ništa logički nemoguće u njenoj prethodnici, mehanici Njutna. Pa ipak, čak ni najvećim trudom fizičari nisu našli način da promene pravila kvantne mehanike makar i najmanje, a da pri tome ne izazovu neku logičku katastrofu, kao što je dobijanje verovatnoća za koje se ispostavi da su negativni brojevi.
     Ali kvantna mehanika, sama po sebi, nije potpuna fizička teorija. Ona nam ne govori ništa o česticama, a ni o silama koje možda postoje. Uzmite u ruke bilo koji udžbenik kvantne mehanike; u njemu ćete naći navedene 'ilustrativne primere', ali to će biti jedno vrlo uvrnuto društvo hipotetičnih čestica i sila, od kojih velika većina ne liči ni na šta što postoji u stvarnom svetu, ali koje su sve savršeno u skladu sa načelima kvantne mehanike i sve podobne da studenta provuku kroz malo vežbanja u primenjivanju tih načela. Raznovrsnost mogućih teorija postaje znatno manja ako uzmemo u obzir samo one kvantnomehaničke teorije koje su u saglasnosti sa posebnom teorijom relativnosti. Većina tih teorija može se logički odbaciti zato što bi vodile ka raznim koještarijama kao što je beskonačna energija ili beskonačna stopa reakcija. Ali i posle toga, ostaće još mnoštvo logički mogućih teorija, među kojima je jedna teorija jakih nuklearnih sila poznata kao kvantna hromodinamika, a po kojoj u Vaseljeni ne postoji ništa osim kvarkova i gluona. Ali i većinu tih teorija možemo odmah da opovrgnemo ako insistiramo da se u njima mora pojavljivati i gravitacija. Moguće je da ćemo uspeti da matematički pokažemo da ovi zahtevi ostavljaju samo jednu logički moguću kvantnomehaničku teoriju, možda samo jednu jedinu teoriju struna. Ako bi tako bilo, onda bi nam preostala (iako bismo i dalje imali ogroman broj drugih logički mogućih krajnjih teorija) samo jedna koja opisuje nešto što makar i izdaleka liči na stvarni svet.
     Zašto bi, međutim, konačna teorija opisivala nešto što liči na naš svet? Objašnjenje za ovo možda bismo mogli potražiti u nečemu što Nozik naziva načelo plodnosti. To je načelo koje govori o svim logički prihvatljivim, međusobno različitim vaseljenama, i kaže da sve one u nekom smislu reči postoje svaka sa svojim skupom osnovnih zakona. Iza načela plodnosti ne stoji ništa, nikakvo dalje objašnjenje, ali to načelo ima, ako ništa drugo, bar jednu prijatnu doslednost samome sebi; kao što Nozik kaže, načelo plodnosti tvrdi da 'sve mogućnosti jesu ostvarene, s tim da i ono samo jeste jedna od tih mogućnosti'.
     Ako je to načelo tačno, onda naš sopstveni, kvantnomehanički svet postoji, ali postoji i njutnovski svet čestica koje se beskonačno vrte po orbitama, isto tako postoje i svetovi u kojima nema baš ničega, a postoje i neki drugi svetovi koje mi ne možemo čak ni zamisliti. Nije tu reč samo o varijacijama u takozvanim konstantama prirode, koje bi mogle biti različite u raznim oblastima Vaseljene, ili u raznim epohama njenog postojanja, ili u raznim članovima talasne funkcije. Kao što smo već videli, sve te mogućnosti mogle bi se ostvariti kao posledice neke zaista temeljne teorije kao što bi bila kvantna kosmologija, ali i tad bi nam preostao problem da shvatimo zašto ta temeljna teorija jeste to što jeste. Ali načelo plodnosti ne govori o tome, ono kaže da postoje sasvim različite vaseljene, podvrgnute delovanju sasvim različitih zakona. Ali ako su te druge vaseljene potpuno nedostupne i nesaznatljive, onda stižemo do zaključka da naša izjava da one postoje nema nikakvih posledica, osim jedne, a to je da ne moramo sebi više postavljati pitanje zašto one ne postoje. Meni se čini da je ovde problem u tome što se trudimo da logički razmatramo jedno pitanje koje se, zapravo, ne može logički razmatrati, a to je pitanje šta bi trebalo, a šta ne bi trebalo da pobuđuje u nama osećanje čudesnog.
     Načelo plodnosti dalo bi nam još jednu mogućnost da opravdamo upotrebu antropičkog načela u cilju lakšeg objašnjavanja zašto zakoni naše Vaseljene jesu takvi kakvi jesu. Bilo bi, naime, mnogo zamislivih vrsta svemira koji zbog svojih zakona ili zbog svoje istorije nisu mesta gostoljubiva za postojanje inteligentnog života, ali bi neizbežno moralo biti da svaki naučnik koji postavlja pitanja zašto je svet onakav kakav jeste živi, naravno, u jednom od onih drugih, gostoljubivijih svemira, u kome inteligentna živa bića mogu nastati. Na taj način možemo odmah odbaciti vaseljenu kojom bi vladala njutnovska mehanika (jer u njoj ne bi postojali stabilni atomi), kao i svemir u kome nema baš ničega.
     Krajnja mogućnost bila bi da postoji samo jedna jedina logički izdvojena teorija (i to takva da u njoj ne postoji ni jedna jedina nedeterminisana konstanta) koja dopušta nastanak živih bića koja bi se mogla pitati kako izgleda konačna teorija. Ako bi se to moglo pokazati, onda bismo se primakli najbliže što se uopšte možemo nadati da se primaknemo zadovoljavajućem odgovoru na pitanje zašto svet jeste takav kakav jeste.
     Kakvo bi bilo dejstvo otkrića jedne takve konačne teorije? Naravno, kakvo će to dejstvo zaista biti saznaćemo kad je otkrijemo. Možda ćemo otkriti neke istine o vladavini svetom koje će nas jednako iznenaditi kao što bi zakoni Njutnove mehanike iznenadili Talesa. Ali možemo biti sigurni u jedno: otkrićem konačne teorije, naučni poduhvat ne bi bio okončan. Čak i ako izuzmemo probleme koje treba proučavati zbog praktičnih potreba tehnologije ili medicine, ostaće mnoštvo problema čiste nauke na kojima ćemo raditi i dalje, naprosto zato što naučnici očekuju da će za te probleme postojati divna rešenja. Ako od svih današnjih nauka pogledamo samo fiziku, odmah ćemo uočiti pojave kao što su turbulencija i superprovodljivost pri visokim temperaturama, probleme za koje možemo očekivati da imaju duboka i divna objašnjenja. Niko ne zna kako su se galaksije stvarale ili kako je nastao genetski mehanizam ili kako se u mozgu čuvaju upamćene informacije. Nije verovatno da bi konačna teorija uticala na ma koji od tih problema.
     S druge strane, otkriće konačne teorije može imati posledice koje bi se prenele daleko izvan granica nauke. Danas je svest mnogih ljudi opterećena raznim iracionalnim zabludama, koje se kreću u rasponu od srazmerno bezazlenih sujeverica kao što je astrologija, pa sve do najopakijih ideologija. Činjenica da su temeljni zakoni prirode još i sad u mraku olakšava ljudima da se nadaju da će jednog dana njihove omiljene iracionalnosti naći neko ugledno mesto u zdanju nauke. Bilo bi nerazumno očekivati da ma kakvo naučno otkriće iščisti, samo svojom snagom, sve pogrešne pretpostavke iz svesti svih ljudi, ali otkriće konačnih zakona ipak bi smanjilo ljudima prostor za izmišljanje kojekakvih gluposti.
     Pa ipak, kad stigne i taj dan da otkrijemo konačne zakone, možda ćemo zažaliti što je priroda postala običnija, što je u njoj ostalo manje čudesnog i tajanstvenog. Nešto tako se već događalo. Tokom glavnine trajanja ljudske istorije, na mapama sveta zjapili su ogromni nepoznati prostori, koje je ljudska mašta mogla popunjavati zmajevima, gradovima od zlata i ljudožderima. Potraga za znanjem bila je, dobrim delom, geografska. Kada u pesmi Alfreda Tenisona (Alfred Tennyson) Odisej odluči da "krene za znanjem kao za zvezdom koja tone, s one strane najdaljih granica ljudske misli", on isplovi u neznani Atlantik, "iza Sunčevog zalaska, iza prostora gde se kupaju sve zapadne zvezde". Ali danas je na mapama prikazan svaki hektar kopnene površine Zemlje, i, gle, nigde nijednog zmaja nema. Kad budemo otkrili konačne zakone, naši snovi će se sažeti još jednom. Preostaće nam, za istraživanje, još nebrojeno mnogo naučnih problema i cela jedna Vaseljena, ali ja slutim da će naučnici iz budućih vremena pomalo zavideti današnjim fizičarima zbog toga što se mi još nalazimo na putovanju ka otkriću konačnih zakona.

11. A BOG?

     "Znaš", reče Port, glasom koji zazvuča nestvarno, kao što se već dešava sa glasovima posle dugog ćutanja na mestu gle vlada potpuna tišina, "nebo je ovde vrlo čudno. Često imam osećaj, kad ga gledam, da je ono jedan čvrst predmet iznad nas, koji nas štiti od nečeg što se nalazi iza njega."
     Kit malo uzdrhta i reče: "Iza njega?"
     "Da."
     "A šta to ima iza njega?" upita ona glasićem vrlo slabim.
     "Ima... ništa. Pretpostavljam. Samo tama. Potpuna noć."

     Pol Bouls, Nebo-štit

     "Slavu Božiju nebesa oglašavaju, a svod nebeski Božija je rukotvorina." Kralju Davidu, ili nekom drugom ko je napisao ovaj psalm, sigurno je izgledalo da su zvezde vidljiv dokaz da postoji jedan savršeniji poredak postojanja, bitno različit od našeg tupog podlunarnog sveta sa kamenjem, stenama i drvećem. Dani Davidovi su minuli, a Sunce i ostale zvezde izgubili su taj svoj poseban status; sad razumemo da su to kugle užarenog gasa, koji je silom teže stisnut da se drži na okupu, a opet sprečen da se sasvim uruši ka svom središtu zato što mu to ne dozvoljava pritisak nastao zbog jare koja neprestano stiže iz termonuklearnih reakcija u jezgru kugle. Zvezde nam o slavi Gospodnjoj ne javljaju ništa više, a ni manje, nego bilo koji kamen na tlu pokraj nas.
     Kad bi postojalo išta što bismo u prirodi mogli otkriti, a što bi nam zaista omogućilo neki poseban uvid u 'rukotvorinu Boga', morali bi to da budu konačni zakoni. Kad bismo ih znali, imali bismo u svom vlasništvu knjigu sa pravilima koja određuju ponašanje i zvezda, i kamenja, i svega drugog. Prema tome, prirodno je da Stiven Hoking kaže da zakoni prirode jesu 'um Božiji'. Drugi jedan fizičar, Čarls Misner (Charles Misner), upotrebio je sličan jezik kad je upoređivao moguće domašaje fizike i hemije: "Organski hemičar, kad ga neko pita 'Zašto postoje devedeset dva elementa, i kad su oni nastali?' može reći: 'To zna onaj čovek u kancelariji do moje'. Ali kad fizičara pitaju: 'Zašto je kosmos sazdan u skladu sa baš ovim fizičkim zakonima, a ne u skladu sa nekim drugim?' on bi imao puno pravo da odgovori: 'Sam Bog zna'." Ajnštajn je jednom napomenuo svom asistentu Ernstu Štrausu (Ernst Straus): "Ono što mene stvarno zanima jeste da li je Bog, stvarajući svet, imao ikakav izbor." Drugom prilikom, Ajnštajn je rekao da je cilj pregalaštva u fizici "ne samo da saznamo kakva priroda jeste i kako ona obavlja svoje izmene, nego i da napredujemo što je moguće dalje prema utopijskom i prividno oholom cilju da saznamo zašto je priroda ovakva, a ne drugačija... U tome čovek iskustveno doživi da, izraziću se tako, ni sam Bog nije mogao urediti ove veze ni na koji drugi način osim ovog koji stvarno postoji... To je taj prometejski element naučnog iskustva... U tome je za mene oduvek ležala posebna magija naučnog truda." Ajnštajnova religija bila je tako neodređena da je on, koliko ja shvatam, to o Bogu govorio samo metaforično, što nam i nagoveštavaju njegove reči "izraziću se tako". Nema sumnje da fizičarima baš ta metafora prirodno dođe na um, zato što je fizika tako temeljna nauka. Teolog Paul Tilih (Paul Tillich) jednom je napomenuo da se stiče utisak da od svih naučnika jedino fizičari koriste bez ikakve nelagodnosti reč 'Bog'. Kojoj god religiji da pripadate ili ne pripadate, neodoljivo vam se nameće, kad govorite o konačnim zakonima, metafora o umu Božijem.
     Ja sam jednom prilikom naišao na ovu vezu na jednom čudnom mestu, u kancelarijskoj zgradi 'Rejbern Haus' u Vašingtonu. Tamo sam godine 1987. svedočio u prilog projektu superprovodnog superkolajdera pred Kongresnim Odborom za nauku, svemir i tehnologiju. Opisao sam kako mi u proučavanjima elementarnih čestica otkrivamo zakone koji postaju sve koherentniji i sve opštiji, i kako počinjemo naslućivati da to nije puka slučajnost nego da u tim zakonima postoji neka lepota koja je odraz nečega što je na vrlo dubokom nivou ugrađeno u strukturu Vaseljene. Posle tog mog govora, svedočili su i drugi, a poslanici Kongresa su postavljali pitanja. Onda je započeo dijalog između dvojice kongresmena, a to su bili poslanik Haris V. Fouel (Harris W. Fawell), republikanac iz Ilinoisa, koji je bio uglavnom pozitivno raspoložen prema projektu superprovodnog superkolajdera, i poslanik Don Riter (Don Ritter), republikanac iz Pensilvanije, ranije inženjer metalurgije, koji je i sada jedan od najžešćih protivnika superkolajdera u Kongresu.

     FAUEL: ...Mnogo vam hvala. Cenim svedočenje svih vas. Mislim da je bilo izvrsno. Ako bih ikada poželeo da objasnim nekome, ili svakome, razloge zašto je superprovodni superkolajder potreban, siguran sam da bih mogao upotrebiti ova vaša svedočenja. Ona bi veoma pomogla. Ponekad poželim da imamo neku reč, samo jednu, koja bi rekla sve o toj temi, što je, naravno, u nekom smislu nemoguće. Mislim da ste vi, doktore Vajnberg, možda prišli malo bliže tome, a ja sam tako i zapisao. Rekli ste da slutite da nije samo slučajnost to što postoje pravila koja vladaju materijom, a ja sam zapisao: hoće li nam to omogućiti da nađemo Boga? Siguran sam da vi niste to imali na umu, ali vaša istraživanja svakako će nam omogućiti da doznamo mnogo više o Vaseljeni.

     RITER: Da li biste dali reč meni? Ako biste prepustili na trenutak reč meni, ja bih rekao...

     FAUEL: Pa, nisam siguran da bih želeo.

     RITER: Ako ova mašina to radi, ja ću preokrenuti moj stav i podržati je.

     Imao sam dovoljno pameti da se ne umešam u ovu raspravu; nije mi se činilo da ta dvojica poslanika zaista žele znati šta ja mislim o pronalaženju Boga pomoću superkolajdera, a takođe mi se nije činilo da bi za projekat bilo korisno ako bih im rekao šta o tome mislim.
     Neki ljudi imaju tako široko i prilagodljivo shvatanje Boga da neizbežno nailaze na Boga gde god ga potraže. Čujete izjave tipa 'Bog je ono krajnje' ili 'Bog je naša bolja priroda' ili 'Bog je Vaseljena'. Naravno, mi možemo pridati reči 'Bog', kao i svakoj drugoj reči, koje god značenje hoćemo. Ako vam je volja da kažete 'Bog je energija', bez po muke ćete naći Boga u grumenu uglja. Međutim, ako želimo da naše reči išta vrede, treba da poštujemo način na koji su one korišćene tokom istorije, a naročito treba da čuvamo one razlike koje sprečavaju da se prelivaju i mešaju značenja raznih reči.
     U tom duhu, ako hoćemo da reč 'Bog' znači išta, trebalo bi (ako mene pitate) da ona označava jednog zainteresovanog Boga, tvorca i zakonodavca koji je uspostavio ne samo zakone prirode i svemira nego i merila dobra i zla - ukratko, nešto čemu dolikuje da ga mi obožavamo.Valjda je samo po sebi jasno da ja ovde govorim samo u svoje lično ime i da se odričem svih težnji da sam za ovu oblast, dakle za Boga, nešto posebno stručan. To i jeste onaj Bog koji je bio od izvesne važnosti mnogim ljudima tokom istorije. Naučnici, a i neki koji to nisu, ponekad koriste reč 'Bog' u tako apstraktnom i neutralnom smislu da stvarno ne primećujete u čemu je razlika između Njega i zakona prirode. Ajnštajn je jednom prilikom rekao da veruje u "Spinozinog Boga, koji se ispoljava kroz poredak i sklad svega postojećeg, a ne u nekog Boga koji bi se zanimao za sudbine i poslove ljudskih bića". Ali zašto bi onda ikome bilo važno da li mi upotrebljavamo reč 'poredak' ili 'Bog' ili 'sklad', osim ako želimo, možda, izbeći optužbu da ne znamo za Boga? Nema, naravno, nikakve zabrane da ko god hoće koristi reč 'Bog' i tako, ali meni se čini da onda pojam Boga postaje ne samo pogrešan, nego i nebitan, nevažan.
     Hoćemo li naći nekog zainteresovanog Boga u konačnim zakonima prirode? Čini se da je i samo postavljanje takvog pitanja prilična besmislica, ne samo zato što mi njih još ne znamo, nego mnogo više stoga što je teško i zamisliti kako bi to bilo doznati neka konačna načela kojima nije potrebno nikakvo dalje objašnjavanje pomoću još dubljih načela. Pa ipak, koliko god da je to pitanje preuranjeno, ne možemo se ne zapitati hoćemo li ili nećemo otkriti neki odgovor na naša najdublja pitanja, ikakav znak o radu jednog zainteresovanog Boga, u konačnoj teoriji. Ja mislim da nećemo.
     Celokupno naše iskustvo od samog početka istorije nauke pa sve do danas išlo je u suprotnom smeru, ka uviđanju jedne ledene bezličnosti zakona prirode. Prvi veliki korak u tom smeru bilo je skidanje vela tajanstvenosti sa nebesa. Svako zna ključne ličnosti u tom poslu: Nikola Kopernik koji je izneo tvrdnju da Zemlja nije u središtu Vaseljene; Galilej koji je Kopernikovoj tvrdnji dao uverljivost; Đordano Bruno koji se dosetio da je Sunce samo jedna zvezda u ogromnom mnoštvu drugih zvezda; i najzad Njutn koji je pokazao da isti zakoni gravitacije i kretanja važe i za nebeska tela i za tela ovde na Zemlji. Mislim da je presudni čas nastupio kad je Njutn opazio da jedan isti zakon sile teže upravlja i kruženjem Meseca oko Zemlje i padanjem nekog predmeta na površinu Zemlje. A u dvadesetom veku, još korak dalje otišao je američki astronom Edvin Habl. On je izmerio daljinu do magline Andromeda, i time pokazao da ta maglina, pa onda (logički proističe) i hiljade drugih sličnih maglina nisu samo daleki delovi naše Galaksije, nego su druge, samostalne galaksije, podjednako upečatljive kao što je naša. Današnji kosmolozi čak pominju 'kopernikansko načelo' koje nas uči da ne treba uzimati za ozbiljno nijednu kosmološku teoriju koja dodeljuje našoj Galaksiji neko istaknuto mesto u Vaseljeni.
     Takođe je skinut oreol tajanstvenosti sa života. Justus fon Libig (Justus von Liebig) i drugi organski hemičari sa početka devetnaestog veka pokazali su ljudima da nema nikakvih prepreka da u laboratoriji sintetizujemo izvesne hemikalije koje su u vezi sa životom - na primer, mokraćnu kiselinu. Ponajvažniji među biolozima bili su, u ovom pogledu, Čarls Darvin i Alfred Rasel Volis koji su pokazali kako samim prirodnim odabiranjem, bez spoljašnjeg plana ili rukovođenja, nastaju i razvijaju se predivne sposobnosti živih bića. Taj proces razotkrivanja tajni još se ubrzao u dvadesetom veku, sve novim i novim uspesima koje su biohemija i molekularna biologija postizale u objašnjavanju kako dejstvuju živa stvorenja.
     Na verska osećanja mnogo jače je delovala demistifikacija života nego bilo šta što je postignuto u fizici. Otud nije ni čudo da su najuporniji napadi ustremljeni, i do danas, na teoriju evolucije i na biološki redukcionizam, a ne na razna otkrića u fizici i astronomiji.
     Čak i od pojedinih naučnika možete danas čuti poneku primedbu koja liči na takozvani 'vitalizam', teoriju da postoje i neki biološki procesi koje ne možemo objasniti pomoću fizike i hemije. Biolozi dvadesetog veka (pa i pojedini antiredukcionisti, kao što je Ernst Mejr) uglavnom su gledali da se klone vitalizma, ali godine 1944. desilo se da Ervin Šredinger u svojoj čuvenoj knjizi Šta je život? kaže da je "o materijalnoj podlozi života poznato već tako mnogo, da mi možemo tačno reći zbog čega se život ne može objasniti današnjom fizikom". Njegov argument bio je da su živi organizmi odveć stabilni da bi se mogli uklopiti u svet neprestanih kvantnih fluktuacija kakav opisuju kvantna mehanika i statistička mehanika. Na Šredingerovu pogrešku ukazao je molekularni biolog Maks Perac (Max Perutz) koji je otkrio, između ostalog, tačnu molekularnu strukturu hemoglobina: Šredinger naprosto nije imao u vidu veliku stabilnost koju mogu doneti procesi kao što je enzimska kataliza.
     Najugledniji među današnjim akademskim kritičarima evolucije možda je profesor Filip Džonson (Phillip Johnson) koji predaje na Pravnom fakultetu Univerziteta Kalifornija. Džonson priznaje da se evolucija dogodila i da do nje ponekad dolazi zbog prirodnog odabiranja, ali tvrdi da "nema neoborivih opitnih dokaza" da tu evoluciju ipak ne usmerava neki Božiji plan. Naravno, mi se ne možemo nadati da ćemo ikada dokazati da ne postoji neko natprirodno dejstvo koje potpomaže da neke mutacije postignu uspeh, a neke druge da propadnu. Ali isto važi i za sve ostale naučne teorije. Koliko god da uspešno primenjujemo Njutnove ili Ajnštajnove zakone kretanja na tela u Sunčevom sistemu, ostaje uvek moguća pretpostavka da neki Božiji upliv ponekad malčice 'pogura' neku kometu dok mi ne pazimo. Prilično je jasno da Džonson iznosi takve tvrdnje ne iz razloga nepristrasnosti i otvorenosti uma, nego zato što, zbog svojih religijskih osećanja, veoma mnogo mari za život, dok mu je do kometa manje stalo. Ali jedini način da se nastavimo baviti ma kojom naukom jeste da pretpostavimo da nikakvih Božijih upliva nema, pa da vidimo dokle ćemo na osnovu te pretpostavke dogurati.
     Džonson tvrdi da prirodna evolucija, dakle "evolucija u kojoj se ne pojavljuje intervencija niti ma kakvo rukovođenje od strane Tvorca koji stoji izvan sveta prirode", zapravo, ne daje osobito dobro objašnjenje za poreklo vrsta. Mislim da je on ovde zalutao zato što nema osećanje za one probleme na koje svaka naučna teorija uvek nailazi kad treba objasniti opaženo. Čak i kad izuzmemo obične greške koje uvek mogu da nam se dogode, ostaje činjenica da su naša izračunavanja i posmatranja uvek zasnovana na nekim pretpostavkama koje sežu dalje nego teorija koju pokušavamo proveriti. Nije još postojalo doba u kome bi sva izračunavanja zasnovana na Njutnovoj teoriji gravitacije, ili na bilo kojoj drugoj teoriji, bila u savršenom skladu sa opaženim činjenicama. U spisima današnjih paleontologa i evolucionih biologa prepoznajemo ono stanje stvari koje je nama fizičarima tako dobro znano: oni imaju jednu teoriju sa kojom rade (prirodnu teoriju evolucije) i postižu ogromne, blistave uspehe, ali ona još nije objasnila sve. Meni se čini da je od duboke važnosti otkriće da mi možemo veoma daleko stići u objašnjavanju sveta bez ikakvog pozivanja na Božiji upliv, i to u biologiji i u fizici.
     U jednoj drugoj stvari Džonson je, ubeđen sam, u pravu. On tvrdi da postoji nespojivost između prirodne teorije evolucije i onoga što se obično podrazumeva pod verom. On kritikuje naučnike i predavače koji poriču tu nespojivost. Zatim se žali da je "prirodna evolucija u skladu sa postojanjem Boga samo u jednom slučaju: ako nama reč 'Bog' označava samo jedan prauzrok koji je postavio zakone prirode i pustio u pokret prirodne mehanizme, a onda se uzdržao od svake dalje delatnosti".
     Nesklad između savremene teorije evolucije i vere u zainteresovanog Boga prema mom mišljenju nije toliko logički - jer čovek može zamisliti da je Bog postavio prirodne zakone, a onda pokrenuo mehanizam evolucije sa namerom da se putem prirodnog odabiranja pojavimo jednoga dana Vi i ja - koliko je to nesklad u temperamentu. Jer religija nije nastala u umovima muškaraca i žena koji su nagađali nešto o beskonačno dalekovidom prauzročniku svih stvari, nego je nastala u srcima onih koji su čeznuli za stalnim uplivima zainteresovanog Boga.
     Religijski konzervativci shvataju, a njihovi liberalni oponenti izgleda da često ne shvataju, koliko mnogo toga zavisi od rasprave o držanju nastave o evoluciji u državnim školama. Godine 1983, ubrzo po mom dolasku u Teksas, pozvali su me da svedočim pred jednim odborom Senata te savezne države o jednom predloženom zakonu koji bi zabranio da srednjoškolski nastavnici biologije drže nastavu iz udžbenika štampanih o državnom trošku, ukoliko u tim knjigama kreacionizmu nisu dati jednak prostor i jednaka podrška kao i teoriji evolucije. Jedan od članova tog Odbora pitao me je kako može država podržavati školsku nastavu u kojoj se zastupa jedna teorija koja deluje na verska ubeđenja do te mere razorno kao što to čini teorija evolucije. Ja sam uzvratio da, baš kao što bi bilo pogrešno da oni koji su emotivno vezani za ateizam daju evoluciji više naglaska u nastavi biologije nego što je naučno opravdano, isto tako bi bilo pogrešno, i nesaglasno sa prvim amandmanom Ustava SAD, dati evoluciji manje prostora nego što ona zaslužuje, a to učiniti samo zato da bi se zaštitilo neko religijsko verovanje. Naprosto, nije posao državnih škola da se brinu kako će naučne teorije delovati na verska ubeđenja. Moj odgovor nije zadovoljio tog senatora, zato što je njemu bilo jasno, baš kao i meni, kakav će biti učinak nastave iz biologije koja u prikladnoj meri stavlja naglasak na teoriju evolucije. Dok sam ja izlazio iz odborske sale, taj senator je progunđao: "Bog je još i sad na nebu, u svakom slučaju." To može biti tačno, ali mi smo dobili bitku: u knjigama iz biologije za srednjoškolce u Teksasu danas ne samo da je dozvoljeno nego je i obavezno da bude izložena moderna teorija evolucije, bez ikakvih kreacionističkih gluposti. Ali ima na svetu mnogo mesta (naročito u islamskim državama) gde tu bitku tek treba dobiti i gde, ako je i dobijemo, nema nikakvih jemstava da će ostati dobijena.
     Često se čuje tvrdnja da nema sukoba između nauke i religije. Na primer, u jednom prikazu Džonsonove knjige Stiven Gould kaže da nauka i religija ne dolaze u sukob zato što "nauka tretira činjeničnu stvarnost, a religija ljudsku moralnost". Ja se u mnogo čemu slažem sa Gouldom, ali mislim da je ovde otišao predaleko: smisao religije treba odrediti na osnovu onoga u šta religiozni ljudi zaista veruju, a velika većina religioznih ljudi u današnjem svetu grdno bi se iznenadila kad bi im neko kazao da religija nema veze sa činjeničnom stvarnošću.
     Ali to Gouldovo gledište veoma je rašireno među današnjim naučnicima i među verskim liberalima. Meni se čini da ovo znači jedan veliki uzmak religije sa položaja na kojima je nekada bila ušančena. Bejahu nekada neka vremena u kojima kao da nisi mogao objasniti prirodu bez po jedne nimfe u svakom potoku i gorske vile u svakom stablu drveta. Čak i u devetnaestom veku još se verovalo da način na koji su građene biljke i životinje jeste vidljivi dokaz postojanja Tvorca. Danas, iako u prirodi ima još bezbroj stvari koje ne možemo objasniti, mi verujemo da poznajemo načela koja upravljaju dejstvovanjem prirode. Danas ko hoće stvarnu tajanstvenost, mora se okrenuti kosmologiji i fizici elementarnih čestica. A oni ljudi koji ne primećuju nikakav sukob između vere i nauke - pa, za njih je povlačenje vere sa teritorije koju je zaposela nauka gotovo sasvim dovršeno.
     Oslanjajući se na istorijsko iskustvo, ja bih rekao da ćemo mi naći lepotu u konačnim zakonima prirode, ali ne i neki poseban status života ili inteligencije. A naročito ne neka merila vrednosti ili morala. Prema tome, nećemo naći ni ma kakav nagoveštaj Boga kome bi bilo stalo do takvih stvari. Možemo nalaziti vrednost i moral negde drugde, ali ne u zakonima prirode.
     Moram priznati da se ponakad stiče utisak da u prirodi ima mnogo više lepote nego što je stvarno neophodno. Ispred prozora radne sobe u mojoj kući stoji jedno stablo hekberi drveta, na kome često zasedaju horovi ptica pametnica: tu vidim plave sojke kreštalice, zatim vireo-ptice sa žutim grlom, a naiđe i crvena ptica kardinal. Iako prilično dobro razumem kako su pera blistavih boja evoluirala u takmičenju za privlačenje partnera za sparivanje, maltene je neodoljiva maštarija da je neko načinio i raširio svu tu lepotu naprosto zato da bismo je mi gledali. Međutim, Bog ptica i drveća morao bi takođe da bude i Bog urođenih mana i Bog tumora.
     Religiozni ljudi se već hiljadama godina rvu sa problemom koji se naziva teodiceja: kako opravdati postojanje patnje u svetu kojim navodno vlada jedan dobar Bog. Za ovo su nalažena domišljata rešenja, u terminima raznih navodnih Božijih planova. Neću pokušavati da se sporim sa tim rešenjima, a još manje da im dodam i nekakvo svoje rešenje. Sećanje na nacističke zločine navodi me na to da bez naklonosti gledam na sve te pokušaje da se putevi Gospodnji moralno opravdaju pred ljudima. Ako postoji neki Bog koji ima neke naročite planove za ljudski rod, onda se On veoma dobro potrudio i namučio da od nas sakrije svoju zainteresovanost za nas. Meni izgleda neučtivo, a možda i bezbožno, da jednom takvom Bogu dosađujemo našim molitvama.
     Ne bi se svi naučnici saglasili sa ovim mojim sumornim gledanjima na konačne zakone. Ne znam nikoga ko bi baš otvoreno tvrdio da zna naučni dokaz o postojanju nekog božanskog bića, ali nekoliko naučnika tvrdi da inteligentna živa bića imaju u prirodi poseban status. Naravno, svako zna da se biologija i psihologija moraju, iz praktičnih razloga, proučavati u svojim sopstvenim okvirima, a ne u terminima fizike elementarnih čestica, ali to nije znak da život i inteligencija imaju u Vaseljeni neki poseban položaj; jer vi morate i hemiju ili hidrodinamiku proučavati u njihovim sospstvenim okvirima. Ako bismo, međutim, našli u konačnim zakonima prirode, na mestu konvergencije svih strelica objašnjavanja, neku posebnu ulogu namenjenu inteligentnim bićima, onda bismo morali zaključiti da je Tvorac koji je te zakone pravio bio, na neki način, posebno zainteresovan za nas.
     Džon Viler je bio očaran činjenicom da po standardnom kopenhagenskom tumačenji kvantne mehanike nijedan fizički sistem nema (odnosno, ne možemo reći da ima) nikakvu određenu vrednost za veličine kao što su položaj, energija ili impuls sve dok te veličine ne izmeri aparat nekog posmatrača. Po Vileru, neophodan je neki razuman život da bi kvantna mehanika imala smisao. U novije vreme Viler je otišao još dalje i počeo tvrditi da inteligentni život ne samo što mora da se pojavi, nego mora i da prožme sve delove Vaseljene, da bi svaka trunčica informacija o fizičkom stanju svemira bila, jednog dana, opažena. Meni se čini da Vilerovi zaključci daju dobar primer koliko je opasno kad čovek suviše ozbiljno prihvati doktrinu pozitivizma - naime, tvrdnju da nauka treba da se bavi samo onim što se može opaziti. Drugi fizičari, a među njima i ja, više vole drugi, realistički način gledanja na kvantnu mehaniku, u terminima jedne kvantne funkcije koja može opisati i laboratorije i posmatrače kao i atome i molekule, što je sve pod upravom izvesnih zakona koji materijalno ne zavise od prisustva ili odsustva ma kakvih posmatrača.
     Neki naučnici veoma ističu činjenicu da neke temeljne konstante imaju vrednosti koje, zaista, izgledaju izvanredno tačno podešene da bi se inteligentni život mogao pojaviti u Vaseljeni. Još nije jasno da li u tom zapažanju ima nečega, ali čak i ako ima, to ne mora obavezno značiti da se umešala božanska volja. U nekoliko sada aktuelnih kosmoloških teorija, takozvane konstante prirode (kao što su mase elementarnih čestica) variraju od mesta do mesta, ili od vremena do vremena, ili čak od jednog do drugog termina talasne funkcije Vaseljene. Ako je to tako, onda, kao što smo videli, svaki naučnik koji proučava zakone prirode mora već živeti u onom delu Vaseljene gde se desilo da vrednosti prirodnih konstanti budu pogodne za evoluciju inteligentnih stvorenja.
     Evo jedne analogije. Pretpostavimo da postoji planeta koju ćemo nazvati 'Zemlja-prim', a koja je u svakom pogledu istovetna kao naša, osim što je na toj planeti čovečanstvo razvijalo fiziku, a da o astronomiji nije saznalo baš ništa. (Na primer, mogli bismo zamisliti da je nebo Zemlje-prim večito zastrto oblacima.) Baš kao i na Zemlji, tako bi i na Zemlji-prim studenti našli, na poslednjim stranicama svojih udžbenika, tablice sa temeljnim konstantama. U tim tablicama bila bi data brzina svetlosti, masa elektrona i tako dalje, pa i jedna 'temeljna' konstanta koja bi iznosila 1,99 kalorija energije po minutu po kvadratnom centimetru, a to bi bila energija koja pristiže na Zemlju-prim iz nekog neznanog spoljašnjeg izvora. Na Zemlji je ovo poznato kao solarna konstanta, zato što znamo da ta energija stiže sa Sunca, ali na Zemlji-prim niko ne bi mogao znati otkud stiže i zašto je baš tolika. Neki fizičar na Zemlji-prim mogao bi primetiti da opažena vrednost ove konstante odgovara zaista veoma tačno onoj koja je potrebna da bi se život mogao pojaviti. Ako bi Zemlja-prim dobijala mnogo više ili mnogo manje od 2 kalorije po minutu po kvadratnom centimetru, voda u njenim okeanima bi ili isparila ili bi se zaledila, pa na Zemlji-prim ne bi ostala tečna voda, a ni ma koja druga razumna zamena u kojoj bi se život mogao razviti. Taj fizičar bi mogao zaključiti da je konstantu od 1,99 kalorija po minutu po kvadratnom centrimetru sam Bog tako fino podesio da bi ljudima ugodio. Ali neki skeptičniji fizičar na Zemlji-prim mogao bi to osporiti i tvrditi da će takve konstante biti ranije ili kasnije objašnjene konačnim zakonima fizike, i da se naprosto srećno poklopilo da one imaju vrednosti povoljne za nastanak živih bića. A, zapravo, obojica bi grešila. Onda bi žitelji Zemlje-prim konačno uspeli da se domognu i astronomskih saznanja, pa bi uvideli da njihova planeta prima 1,99 kalorija na svaki kvadratni centimetar svoje površine u svakom minutu iz tog razloga što ona, kao i Zemlja, kruži na oko 150 miliona kilometara od Sunca koje proizvodi 5.600 miliona miliona miliona miliona kalorija u minutu; međutim, takođe bi im postalo poznato i to da ima drugih planeta, od kojih su neke bliže Suncu i prevruće za život, a druge udaljenije od Sunca i prehladne za život; oni bi se, štaviše, dosetili i da ima nebrojeno drugih planeta koje kruže oko drugih zvezda i da samo na malom broju njih postoje uslovi povoljni za živa bića. Tek upoznajući astronomiju, ovi fizičari koji učestvuju u raspravi na Zemlji-prim konačno će shvatiti da razlog što oni žive na svetu koji prima približno dve kalorije po kvadratnom centimetru po minutu jeste naprosto taj da ni na kakvom drugom svetu ne bi ni mogli živeti. Mi u našem delu svemira možda smo danas kao žitelji Zemlje-prim pre nego što su doznali za astronomiju, s tom razlikom što su od nas skriveni neki drugi delovi Vaseljene, a ne obližnje planete koje, ipak, vidimo.
     Predlažem da krenemo još dalje. Dok smo otkrivali sve više i više temeljnih načela fizike, činilo se da ona imaju sve manje i manje veze sa nama. Na primer, početkom dvadesetih godina mislilo se da jedine elementarne čestice jesu elektron i proton - naime, da su to sastojci od kojih smo mi i naš svet izgrađeni. Kad su otkrivene nove čestice kao što je neutron, smatralo se da je samo po sebi jasno da bi one morale biti sklopljene od nekakve kombinacije elektrona i protona. Danas stvari sasvim drugačije stoje. Mi danas nismo tako sigurni šta je uopšte smisao naše tvrdnje da su neke čestice 'elementarne'. Naučili smo važnu lekciju da sama činjenica da neke čestice jesu prisutne u običnoj materiji nema nikakve veze sa njihovom temeljnošću ili netemeljnošću. Gotovo sve čestice čija se polja pojavljuju u savremenom standardnom modelu čestica i međudejstava odmah se i raspadaju, tako brzo da ih u običnoj materiji nema; zato one ne igraju nikakvu ulogu u ljudskom životu. Elektroni su bitni deo našeg svakodnevnog sveta; čestice koje se zovu muoni i tauoni, međutim, utiču zaista vrlo malo, ili nimalo, na naš život; pa ipak, po načinu na koji su predstavljeni u našim teorijama, elektroni nisu nimalo 'temeljniji' od muona i tauona. Uopštenije govoreći, situacija je ova: niko nikad nije otkrio nikakvu korelaciju između važnosti ma čega za nas i važnosti toga istoga u zakonima prirode.
     Naravno, većina ljudi ni ne očekuje da o Bogu dozna nešto iz naučnih otkrića. Džon Polkinghorn se rečito zalagao za jednu teologiju koja bi bila "smeštena u onu oblast ljudskog govora gde i nauka nalazi sebi dom" i zasnovana na verskim doživljajima kao što je otkrovenje, otprilike onako kako je nauka zasnovana na opitima i posmatranjima. Oni ljudi koji smatraju da su doživeli religijsko otkrovenje treba sami da procene kvalitet tog svog iskustva. Ali velika većina pristalica današnjih svetskih religija oslanja se ne na svoja lična, nego na otkrovenja koja su se navodno dogodila drugim ljudima. Moglo bi se pomisliti da to i nije mnogo različito od posla teorijskog fizičara koji se oslanja na nalaze opita koje su obavljali drugi ljudi; ali tu postoji jedna veoma važna razlika. Uvidi hiljada pojedinačnih fizičara sustiču se u jednom istom, zajedničkom (mada nepotpunom) razumevanju fizičke stvarnosti. Nasuprot tome, izjave o Bogu ili o bilo čemu drugom date na osnovu verskih doživljaja usmerene su u sasvim različitim pravcima. Posle nekoliko hiljada godina teoloških analiza, nije se stiglo bliže nekom zajedničkom razumevanju pouka koje nam iz otkrovenja stižu.
     Još jednu jasnu razliku između religijskog iskustva i naučnog opita treba istaći. Pouke koje nam daju verski doživljaji mogu nam doneti duboko zadovoljstvo, za razliku od apstraktnog i bezličnog naučnog pogleda na svet. Za razliku od nauke, vera može sugerisati smisao našem življenju, može dočarati neku ulogu koju bismo mi mogli igrati u velikoj kosmičkoj drami greha i iskupljenja, pa može i dati obećanje da ćemo posle smrti imati neko produženje. Upravo iz tih razloga meni se čini da su verska učenja neizbrisivo obeležena žigom koji se zove priželjkivanje.
     U mojoj knjizi objavljenoj 1977. godine, Prva tri minuta, brzopleto sam napisao da "Vaseljena, što shvatljivija postaje, to nam besciljnija izgleda". Nisam hteo time da kažem da nauka uči ljude da je Vaseljena besciljna, besmislena. Želeo sam da kažem da Vaseljena, sama po sebi, ne nudi nikakvu primetnu svrhu ili smisao. I požurio sam tada da dodam sledeće: da mi možemo sami smisliti neku svrhu ili cilj za svoje življenje, kao što bi bila, na primer, želja da shvatimo Vaseljenu. Ali šteta je već bila naneta: tih nekoliko napisanih reči proganjaju me bez prestanka od tada pa sve do dana današnjeg. U novije vreme, Alen Lajtmen (Alan Lightman) i Roberta Broer (Roberta Brawer) objavili su intervjue sa dvadeset sedam kosmologa i fizičara, a većinu njih su negde pred kraj intervjua pitali za mišljenje o toj mojoj rečenici. Ljudi su se na razne načine ograđivali, ali i izjašnjavali, desetoro tvrdeći da sam bio u pravu, a trinaest njih ne izričući takvu tvrdnju. Ali među tih trinaest pojavilo se i neslaganje, jer su troje od njih rekli da njima nije jasno zašto bi iko očekivao da Vaseljena ima neku 'poentu'. Harvardski astronom Margaret Geler (Margaret Geller) upitala je: "... Zašto bi Vaseljena imala poentu? Kakvu poentu? To je samo jedan fizički sistem, kakva tu svrha ili naum mogu postojati? Oduvek me je zbunjivala ta njegova rečenica." Prinstonski astrofizičar Džim Pibls (Jim Peebles) je napomenuo: "Voljan sam da verujem da smo mi ono što su nosile, pa izbacile razne struje i poplave." (Pibls je dodao da sam, po njegovom mišljenju, imao loš dan onda kad sam ono napisao.) Drugi prinstonski astrofizičar, Edvin Tarner (Edwin Turner), saglasio se sa mnom, ali uz napomenu da sam ja ono napisao možda iz želje da nerviram čitaoce. Najviše mi se svideo odgovor mog kolege sa Univerziteta Teksas, astronoma Žerara De Vokulera (Gerard de Vaucouleurs). On je rekao da je, po njegovom mišljenju, ta moja rečenica bila "nostalgična". A to je i bila - puna nostalgije za jednim svetom u kome nebesa slavu Gospodnju obznanjuju.
     Pre otprilike vek i po, britanski pesnik Metju Arnold (Matthew Arnold) našao je u kretanju okeanskih voda u vreme oseke metaforu za uzmicanje religioznosti, i čuo u štropotu te vode 'prizvuk tuge'. Divno bi bilo otkriti u zakonima prirode neki plan pripremljen od strane jednog zainteresovanog Tvorca, plan u kome je ostavljena posebno važna uloga za ljudska bića. Nalazim tugu u tome što ne verujem da ćemo takav plan ikada naći. Među mojim naučnim kolegama ima i takvih koji kažu da im kontemplacija o prirodi daje isto onoliko duhovnog zadovoljenja koliko su drugi ljudi tradicionalno nalazili u svojoj veri u zainteresovanog Boga. Pa, moguće je da neki od njih zaista tako osećaju. Ja ne. Niti mi se čini da je korisno da, kao Ajnštajn, poistovetimo zakone prirode sa nekakvim udaljenim, nezainteresovanim Bogom. Što više prefinjujemo pojam Boga da bi bio uverljiv, to nam on besciljniji izgleda. Bez svrhe i poente.
     Među današnjim naučnicima ja sam verovatno donekle atipičan već samim tim što mi je stalo do takvih razmišljanja. Drugi za takve stvari ne brinu. Dešava se, mada retko, da u ćaskanju tokom ručka ili čaja neko pomene religijska pitanja, ali najjača reakcija većine mojih kolega fizičara bude, tada, blago iznenađenje, kao i razonođenost činjenicom da neko još i sad shvata takve teme ozbiljno. Mnogi fizičari ostaju na rečima verni veri svojih roditelja, i to im je neki oblik etničke identifikacije, a i običaj koga se pridržavaju na venčanjima i sahranama, ali malo koji od tih fizičara obraća pažnju, na ma koji primetan način, na ono što se smatra teologijom njihove religije. Poznajem dvojicu stručnjaka za opštu teoriju relativnosti koji su odani rimokatolici; nekoliko teorijskih fizičara koji su aktivni pripadnici jevrejske vere; jednog opitnog fizičara koji je pripadnik sekte 'ponovo rođenih hrišćana'; jednog teorijskog fizičara koji je predani musliman; i jednog matematičkog fizičara koji je u Engleskoj crkvi stupio u sveti red. Nesumnjivo ima i drugih fizičara koji su duboko religiozni, ali ja to ne znam, ili ne zna niko. Ali koliko uspevam primetiti, većina fizičara danas religiju toliko prenebregava da ih ne možete nazvati čak ni aktivni ateisti.
     Postoje i verski liberali. Oni su, u jednom smislu reči, od nauke duhovno čak udaljeniji nego verski fundamentalisti i drugi konzervativci. Konzervativci vam bar, kao i naučnici, jasno kažu da veruju u to što veruju zato što jeste istinito, a ne zato što im, recimo, prija, ili što će to od njih načiniti dobre ljude. Za razliku od toga, mnogi verski liberali danas, čini se, smatraju da razni ljudi mogu imati razna, međusobno suprotna uverenja, i opet svi biti u pravu, ako im to ide u prilog. Jedan veruje u reinkarnaciju, drugi u raj i pakao; treći je siguran da duša umire kad i telo, ali niko od njih ne greši, sva trojica su u pravu istovremeno, jer svoj trojici duhovno prija kad misle to što misle. Kao što reče Suzan Zontag (Susan Sontag), okruženi smo "pobožnošću bez sadržine". Sve me to podseća na priču o jednom doživljaju Bertranda Rasela, koga su 1918. godine strpali u zatvor zbog njegovih antiratnih aktivnosti. Prilikom procedure primanja u zatvor, u jednom trenutku apsandžija pita Rasela koje je vere, a Rasel kaže: "Ja sam agnostik." Apsandžija nekoliko trenutaka zuri zbunjeno, onda se razvedri i kaže: "A, pa dobro, u redu je i to. Svi mi verujemo u istog Boga, zar ne?"
     Volfganga Paulija su jednom pitali za mišljenje o nekom izuzetno loše sačinjenom radu iz oblasti fizike: da li je pogrešan? Pauli je odgovorio da bi takav opis bio previše blag - jer taj rad nije čak ni pogrešan. Meni se sve čini da religijski konzervativci, iako veruju u pogrešne i netačne stvari, bar znaju šta stvarno znači verovati u nešto; bar to nisu zaboravili. A ono što misle religijski liberali, to, po mom utisku, nije čak ni pogrešno.
     Često se danas čuju tvrdnje da teologija nije ono najvažnije u religiji, nego je najvažnije to kako nam religija pomaže da živimo. Veoma čudno: postojanje i priroda Boga i Božijeg milosrđa i greha i raja i pakla - sve to, nevažno! Pretpostavljam da to - da teologija njihove religije nije bitna - govore oni ljudi kojima je nezgodno da priznaju, jasno i glasno, da u nju ne veruju nimalo. Međutim, tokom cele istorije, pa i danas u mnogim delovima sveta, ljudi su verovali i veruju u ovu ili onu teologiju, i to im je bilo veoma važno.
     Opet, koliko god da je čoveku odbojna ta razlivenost i razmrljanost onoga što nude verski liberali, glavnu štetu ipak čini konzervativna dogmatska vera. Ona je, doduše, u prošlosti dala velike doprinose u oblasti morala i u oblasti likovnih umetnosti; to je neosporno. Ova knjiga nije mesto gde bismo mogli otvoriti raspravu o tome kako treba da se stavi na jedan tas sve to pozitivno što je religija dala, a na drugi tas vage cela ona duga, okrutna priča o krstaškim ratovima, džihadima, inkviziciji, pogromima. Ipak, želim da naglasim da u jednom takvom vaganju ne bismo smeli reći da su verski progoni i sveti ratovi bili izopačenja prave religije. Misliti da jesu, bilo bi, po meni, simptom jednog veoma raširenog odnosa prema religiji, koji se sastoji od dubokog poštovanja i potpunog nezanimanja. Mnoge od velikih svetskih religija nas uče da Bog zahteva jednu veru, sasvim određenu, i određene načine njenog ispoljavanja. Ništa čudno ako neki od ozbiljno verujućih zaključe, sasvim iskreno, da su te Božje naredbe neuporedivo važnije nego li izvesne samo svetovne vrline kao što su popustljivost, saosećanje ili razum.
     Širom Azije i Afrike danas mračne sile religijskog zanosa jačaju, a razum i popustljivost klimavo stoje čak i u sekularnim državama Zapada. Istoričar Hju Trevor-Rouper (Hugh Trevor-Roper) rekao je da je širenje duha nauke u Evropi tokom sedamnaestog i osamnaestog veka dovelo do prestanka spaljivanja veštica. Moglo bi se desiti da nam opet zatreba duh nauke kao odbrana od svetskog ludila. A nauka je za tu dužnost podobna ne zato što je sigurna u svoje znanje, nego upravo zato što nije sigurna. Kad vidite kako naučnici mnogo puta preispituju i menjaju svoje uverenje o nečemu što se može neposredno, u laboratoriji, opitno proveriti, kako možete posle toga ozbiljno verovati u verska predanja i svete spise u kojima se sa krajnjom kategoričnošću govori o stvarima koje su izvan svakog ljudskog iskustva?
     Naravno, i nauka je dala doprinos jadima i nesrećama u svetu, ali najčešće tako što nam je pružala sredstva da se međusobno ubijamo, a ne pobude za to. Kad god je autoritet nauke bio prizivan kao opravdanje za razne užasne zločine, bila su to, zapravo, samo izopačenja nauke, a ne prava nauka. Primer za to jeste nemački rasizam zasnovan na 'eugenici'. Kao što kaže Karl Poper: "Jasno je da su sve nacionalne mržnje i agresije izazvane iracionalizmom, a ne racionalizmom, i pre i posle krstaških ratova. Ne znam ni za jedan rat vođen sa 'naučnim' ciljevima i podstaknut od strane naučnika."
     Ja, nažalost, ne verujem da je moguće racionalnim argumentima ubediti svakoga da treba da misli na naučni način. Još je Dejvid Hjum (David Hume) uvideo da mi, kad se pozivamo na dosadašnje iskustvo sa naukom i ističemo mnogobrojne uspehe koje je nauka postigla, u stvari time već podrazumevamo da je ispravan onaj način mišljenja za koji se, takvim argumentima, zalažemo. Slično može da postupi i druga strana, i da sve naše logičke argumente potuče najjednostavnijim odbijanjem da misli logično. Zato ne možemo naprosto odbaciti sledeće pitanje: ako onu duhovnu utehu koju želimo ne možemo naći u zakonima prirode, zašto je ne potražiti negde drugde - na primer, u nekom duhovnom autoritetu, ili u nekom nezavisnom 'skoku u verovanje'?
     Odluka da li da verujemo ili ne nije samo stvar naše volje. Možda bih ja bio srećnije ljudsko biće, i možda bih se ponašao bolje, ako bih verovao da sam potomak kineskih careva, ali ja ni najvećim naporom volje ne bih mogao naterati sebe da u to poverujem, baš kao što ne mogu snagom volje naterati moje srce da prestane da kuca. A ipak, izgleda da su mnogi ljudi sposobni da odlučuju u šta hoće da veruju, a u šta ne, i da se opredele da veruju u ono što će ih činiti srećnim i dobrim ljudskim bićima. Najzanimljiviji meni poznat opis načina na koji ta kontrola može uspeti nalazi se u romanu Džordža Orvela (George Orwell) 1984. Glavni junak, Vinston Smit, zabeleži u svome dnevniku da "sloboda jeste sloboda da se kaže da su dva i dva četiri". To pročita inkvizitor, O'Brajen, shvati to kao izazov i stupi u akciju sa ciljem da natera Smita da promeni mišljenje. Podvrgnut mučenju, Smit spremno kaže da su dva i dva pet, ali to nije ono što O'Brajen želi. Najzad, bol postaje tako nepodnošljiv, da Smit, samo da bi se spasao, uspeva da ubedi sebe da dva i dva jesu pet. O'Brajen je time zadovoljan (ali ne zadugo) i mučenje se privremeno prekida. Na sličan način, bol zbog toga što ćemo umreti i što će naši mili i dragi umreti goni nas da usvojimo ona verovanja koja će ga ublažiti. Ako mi možemo tako da podesimo svoju veru, zašto ne bismo činili tako?
     Ne vidim nijedan logički ili naučni razlog da ne potražimo utehu nekim takvim podešavanjem onoga u šta ćemo verovati - ali vidim jedan moralni razlog, jedno malo pitanje časti. Šta mislimo o čoveku koji je zbog očajničke potrebe za novcem uspeo da ubedi sebe da će na lutriji, na predstojećem izvlačenju, njegov loz sigurno dobiti premiju? Možda će mu neko i pozavideti na tom prijatnom razdoblju velikih očekivanja, ali mnogi drugi će smatrati da je taj čovek podbacio u ispunjavanju jedne dužnosti racionalnog i odraslog ljudskog bića, a to je dužnost da se stvari sagledavaju kakve jesu. Baš kao što je svako od nas, odrastajući, morao naučiti da se odupire zaludnim priželjkivanjima kad su u pitanju banalne stvari kao što je lutrija, tako isto i ljudski rod, odrastajući, mora naučiti da mi nemamo nikakvu važnu ulogu ni u kakvoj veličanstvenoj kosmičkoj drami.
     Ali opet, ja ne verujem, ni za tren, da će nauka ikad moći da nam pruži one utehe koje, kad se suočimo sa umiranjem, dobijamo od religije. Od svih meni poznatih formulacija ovog egzistencijalnog izazova, najbolja je ona koju je negde oko 700. godine naše ere zapisao Prečasni Bid (Venerable Bede) u svojoj knjizi Crkvena istorija Engleza. Bid priča kako je Edvin, kralj državice Nortumbrije, održao savetovanje leta gospodnjeg 627. sa naumom da odluči koja će vera biti u njegovoj kraljevini prihvaćena, i kako je tada jedan od kraljevih doglavnika zborio ovako:

     Vaše veličanstvo, kad poredimo sadašnji život čoveka na Zemlji sa onim iz vremena o kojima ne znamo ništa, meni on liči na brzi let vrapca kroz gozbenu dvoranu u kojoj Vi sedite za večerom u zimskoj noći sa Vašim ratnim zapovednicima i Vašim savetnicima. U sredini je vatra koja prijatno greje celu dvoranu; napolju besne zimske oluje, kiše ili mećave. Taj jedan vrabac uleti hitro kroz jedna vrata dvorane, a na druga izleti. Dok je unutra, ništa mu ne mogu zimske oluje; ali posle nekoliko trenutaka udobnosti, on sa vašeg vidika nestane i vrati se u zimsku noć iz koje je došao. Isto tako, na Zemlji čovek bude, zakratko; a šta pre ovog života bejaše, i šta će posle biti, ne znamo.

     Iskušenje je maltene neodoljivo da poverujemo, kao Bid, i kao Kralj Edvin od Nortumbrije, da mora postojati nešto za nas negde izvan gozbene dvorane. Osećanje časti koje nas obuzme kad se tom iskušenju uspešno odupremo zamena je, samo tanka zamena, za utehe koje religija nudi; ali i ono može, na svoj način, da prija.

12. SILAZAK U OKRUG ELIS

     Ej, vi, mamice, ne dajte da vaše bebice
     kad porastu budu kaubojčine.
     Da dohvate gitarčine, da teraju kamiončine.
     Ne, ne.
     Bolje da budu lekari,
     advokati, bankari,
     i takve stvarčice.

     Ed i Petsi Brus

     Oblast Elis je u Teksasu, u srcu jedne pokrajine koja je nekad bila najveće uzgajalište pamuka na svetu. Nije teško naći znake tog pamučnog napretka u gradiću Vaksahači, u kome je smeštena opštinska vlast. U samom centru gradića je grandiozna palata opštinske većnice i sudnice, podignuta 1895. godine od crvenog granita, krunisana visokim tornjem sa časovnikom. Ispred zgrade je središnji gradski trg iz koga se pružaju glavne ulice. U njima su kuće fine, viktorijanske, izgledaju kao ulica Bretl u Kembridžu preneta na američki jugozapad. Ali sada je oblast znatno siromašnija. U toj opštini gaje se pšenica, kukuruz i, još i sad, ponešto pamuka, ali cene više nisu ono što su bile. Četrdeset minuta autoputem broj 35 na sever, i vi ste u gradu Dalasu; nekolicina bogatih Dalasovaca preselila se u Vaksahači zbog seoskog mira i tišine, ali kompjuterska i avio-industrija, koje su u Dalasu i Fort Vortu u punom zamahu, nisu došle 'dole' u opštinu Elis. Godine 1988. stopa nezaposlenosti u Elisu mirovala je na 7%. Zato je u opštinskoj većnici nastalo poprilično uzbuđenje kad je stigla vest, 10. novembra 1988, da je oblast Elis izabrana da bude mesto na kome će se nalaziti najveći i najskuplji naučni instrument na svetu, superprovodni superkolajder.
     Planiranje za superkolajder počelo je nekih šest godina pre toga. U to vreme, Ministarstvo energije imalo je u rukama jedan projekat s kojim je bilo dosta problema, poznat kao 'Izabela' (ISABELLE). Već je bila u toku izgradnja 'Izabele' u Nacionalnoj laboratoriji Brukhejven na Long Ajlendu. Trebalo je da 'Izabela' preuzme od postojećeg akceleratora u Fermilabu blizu Čikaga titulu najboljeg američkog pogona za istraživanja u oblasti fizike čestica. 'Izabela' se počela graditi 1978. godine, ali je onda imala dvogodišnji zastoj u izgradnji zbog problema oko pravljenja superprovodnih magneta koji bi držali 'Izabelin' mlaz protona tačno na putanji i obezbeđivali da ostane uzan. Ali postojao je još jedan, dublji problem sa 'Izabelom': iako se znalo da će, kad bude dovršena, postati najjači akcelerator na svetu, isto tako se znalo i da neće biti dovoljno jaka da odgovori na pitanje do koga je fizičarima očajnički stalo: kako se narušava simetrija koja spaja slaba i elektromagnetna međudejstva?
     U standardnom modelu elementarnih čestica, opis slabe sile i opis elektromagnetne sile zasnivaju se na tačnoj simetriji načina na koji one ulaze u jednačine teorije. Ali kao što smo videli, ta simetrija nije prisutna u rešenjima jednačina - naime, u odlikama samih čestica i samih tih sila. Svaka verzija standardnog modela koja bi dopustila takvo narušavanje simetrije morala bi sadržati i neke crte koje još nisu opitno otkrivene: ili nove čestice koje se zovu Higsove čestice i odlikuju se slabim reagovanjem, ili nove superjake sile. Mi još ne znamo koja je od tih odlika faktički prisutna u prirodi, a naše napredovanje u odnosu na standardni model sputano je ovom neizvesnošću.
     Jedini pouzdan način da se ta pitanja razreše jesu opiti u kojima je na raspolaganju bilion volti za stvaranje ili Higsovih čestica ili masivnih čestica koje bi na okupu bile držane superjakim silama. Pokazalo se da je za ovo potrebno dati paru protona koji će se sudariti ukupnu energiju od oko 40 biliona volti zato što energiju jednog protona dele između sebe kvarkovi i gluoni od kojih je taj proton sačinjen, tako da bi samo otprilike jedna četrdesetina uložene energije preostala za proizvodnju nove čestice u sudaru jednog (bilo kog) kvarka ili gluona u jednom protonu sa jednim (bilo kojim) kvarkom ili gluonom u drugom protonu. Osim toga, nije dovoljno ispaliti zrak protona natovarenih energijom od 40 hiljada milijardi volti na nepokretnu protonsku metu, zato što bi pogođeni protoni bili odbačeni unazad, dakle poneti silom pogotka, i tu bi se uludo utrošila gotovo sva energija. Da bismo pouzdano rešili pitanje narušavanja elektroslabe simetrije, potreban nam je čeoni sudar dva protonska zraka od kojih će svaki nositi po 20 biliona volti energije, tako da će se međusobno poništiti impulsi onih dvaju protona koji se sudare; tada nimalo energije neće biti izgubljeno. Srećom, mi možemo sa punim pouzdanjem predvideti da će onaj akcelerator koji proizvede zrake protona sa po 20 biliona volti, što se silovito sudaraju, uspeti, zaista, da nađe ili Higsovu česticu, ili dokaze o novim jakim silama.
     Godine 1982. među opitnim i teorijskim fizičarima počela je kružiti zamisao da bi bilo dobro napustiti projekat 'Izabela' i umesto njega početi izgradnju mnogo jačeg novog akceleratora koji bi imao sposobnost da reši pitanje narušavanja elektroslabe simetrije. Tog leta je u jednoj nezvaničnoj radionici Američkog fizičkog društva načinjena prva podrobna studija o akceleratoru koji bi proizvodio i sudarao mlazeve fotona sa energijom od po 20 biliona volti, a to je približno 50 puta veća energija od one planirane za 'Izabelu'. U februaru sledeće godine jedan pododbor Savetodavnog odbora za fiziku visokih energija pri Ministarstvu za energiju, pod rukovodstvom Stenlija Vodžickog (Stanley Wojicki) sa Stenforda, organizovao je niz sastanaka na kojima su razmatrane opcije za tu sledeću generaciju akceleratora. Pododbor se u Vašingtonu sastao sa naučnim savetnikom predsednika SAD, Džejom Kejvortom (Jay Keyworth). Od njega je pododbor dobio jak nagoveštaj da će administracija sa naklonošću gledati na neki veliki novi projekat.
     Pododbor Vodžickoga održao je svoj najvažniji sastanak od 29. juna do 1. jula 1983. u ciklotronskoj laboratoriji Nevis pri Univerzitetu Kolumbija, u oblasti Vestčester. Okupljeni fizičari jednoglasno su podržali izgradnju ubrzivača koji će stvarati dva zraka protona, davati im energije između 10 i 20 biliona volti i sudarati ih. Da je stvar ostala na tome, glasanje ne bi privuklo mnogo pažnje. Možete pouzdano računati na to da će naučnici na svakom polju nauke uvek podržati velike nove nabavke opreme za svoj rad. Ali usledilo je još jedno, mnogo važnije glasanje. Sa deset glasova prema sedam preporučeno je da se prekine rad na 'Izabeli'. Bila je to dramatično teška odluka, protiv koje se svim silama borio Nik Samios (Nick Samios), direktor Brukhejvena. (Posle je Samios rekao da je takvo glasanje bilo "jedna od najglupljih odluka ikada donetih u fizici visokih energija".) Ne samo što je ta odluka dramatizovala podršku pododbora u prilog velikog novog akceleratora - ona je i stvorila političku situaciju u kojoj je Ministarstvu za energiju bilo vrlo teško da nastavi tražiti od Kongresa pare za 'Izabelu', a kad bi 'Izabela' bila obustavljena i kad u isti mah ne bi ništa drugo bilo započeto, Ministarstvo za energiju ne bi imalo baš nikakav visokoenergetski projekat u izgradnji.
     Deset dana kasnije preporuke pododbora Vodžickog jednoglasno je odobrilo i administrativno telo koje je bilo osnivač tog pododbora - naime, Savetodavni odbor za fiziku visokih energija pri Ministarstvu za energiju. Tada je prvi put novi akcelerator dobio neko određeno ime: superprovodni superkolajder, skraćeno SSC. Jedanaestog avgusta Ministarstvo za energiju dalo je pomenutom Odboru ovlašćenje da sačini plan istraživačkih i razvojnih radova potrebnih za SSC, a 16. novembra 1983. Donald Hodel (Donald Hodel), ministar za energiju, objavio je odluku svog ministarstva da obustavi projekat 'Izabela' i zatražio od oba Kongresna odbora za odobravanje finansijskih sredstava (jedan je odbor Senata, a drugi je odbor Predstavničkog doma) ovlašćenje da preusmeri pare od 'Izabele' ka SSC-u.
     Traganje za mehanizmom narušavanja elektroslabe simetrije nije ni u kom slučaju bilo jedina pobuda za izgradnju superkolajdera. Obično se novi akceleratori, kao onaj u CERN-u i onaj u Fermilabu, grade sa očekivanjem da će podizanje na nove nivoe energije dati uvid u nove pojave i doneti nova otkrića. To očekivanje gotovo je svaki put bilo ispunjeno. Na primer, protonski supersinhrotron u CERN-u sagrađen je iako se nije imala neka određena zamisao o tome šta bi se u njemu moglo otkriti; sasvim je sigurno da niko nije znao da će opiti sa zracima neutrina iz ovog akceleratora otkriti slabe sile neutralne struje, a to je godine 1973. bilo otkriće koje je potvrdilo našu sadašnju objedinjenu teoriju slabe sile i elektromagnetne sile. Današnji veliki akceleratori potomci su onih koje je pravio Ernest Lorens (Ernest Lawrence) u Berkliju početkom tridesetih godina dvadesetog veka, a koji su projektovani da imaju dovoljno snage da prokrče put kroz odbojno polje koje elektroni prave oko nuklearnog jezgra. Lorens pojma nije imao na šta će naići kad se protoni 'zabiju' kroz elektronski omotač. Dešava se da neko otkriće bude unapred tačno predviđeno; tako je Bevatron u Berkliju bio, pedesetih godina, izgrađen sa izričitom svrhom da ima dovoljno energije (skromnih 6 milijardi volti) da stvori antiprotone. (Znamo da se protoni nalaze u svim normalnim atomskim jezgrima.) Veliki sudarač elektrona i pozitrona koji i danas radi u CERN-u izgrađen je prvenstveno da bi razvio dovoljno energije da proizvodi veoma veliki broj 'Z' čestica pomoću kojih bi standardni model mogao biti podvrgnut veoma strogim opitnim proverama. Ali čak i kad je planiranje novog akceleratora nadahnuto željom da bude rešen jedan tačno određen problem, najvažnija otkrića mogu se na njemu dogoditi sasvim neočekivano. To se svakako desilo u Bevatronu; on jeste pravio antiprotone, ali je neočekivano, a mnogo važnije bilo otkriće mnoštva novih, raznovrsnih čestica koje su ispoljavale jaka međudejstva. Zato se od samog početka planiranja superkolajdera pomišljalo da bi u njemu mogla, jednog dana, iskrsnuti otkrića važnija čak i od mehanizma narušavanja elektroslabe simetrije.
     Opiti u visokoenergetskim akceleratorima kao što je superkolajder mogli bi, čak, rešiti najvažnije pitanje sa kojim se suočava moderna kosmologija: problem nedostajuće tamne materije. Znamo da glavnina mase galaksija, a naročito mase galaktičkih jata, jeste mračna, a ne u obliku blistavih zvezda kao što je Sunce. Ogromna (i ogromno veća nego što smo mislili) količina tamne materije zahteva se u sada popularnim kosmološkim teorijama kao objašnjenje za brzinu širenja Vaseljene. Tako velika količina tamne materije ne bi mogla biti u obliku običnih atoma; da je tako, onda bi taj veliki broj protona, neutrona i elektrona uticao na proračune o zastupljenosti lakih elemenata proizvedenih u prvih nekoliko minuta širenja Vaseljene, tako da se rezultati tih izračunavanja više ne bi podudarali sa onim što je opaženo.
     A šta je, onda, tamna materija? Fizičari su proveli već mnogo godina u nagađanjima o tome da bi ona mogla biti sačinjena od ovakvih ili onakvih neobičnih čestica, ali zasad bez nekih konačnih zaključaka. Ako bi akceleratorski opiti otkrili postojanje neke nove dugoživeće čestice, onda bismo mogli izmeriti njenu masu i njena međudejstva, pa izračunati koliko je takvih preostalo od Velikog praska, i zaključiti da li su one dovoljne da dodaju Vaseljeni onoliko materije koliko joj nedostaje.
     U novije vreme, ova pitanja postala su dramatičnija zbog osmatranja koja je izvršio satelit zvani 'Istraživač kosmičke pozadine'.COBE, Cosmic Background Explorer - prim. prev. Osetljivi mikrotalasni prijemnici na tom satelitu otkrili su znake malenih neujednačenosti između raznih delova neba u pogledu temperature onog zračenja koje je zaostalo iz doba kad je Vaseljena bila oko tri stotine hiljada godina stara. Veruje se da su te neravnomernosti u temperaturi nastale delovanjem gravitacionog polja koje je proizvedeno tadašnjom malčice neravnomernom distribucijom materije. Taj trenutak, tri stotine hiljada godina posle Velikog praska, bio je od kritičnog značaja u istoriji Vaseljene; jer tada je Vaseljena prvi put postala prozračna za razna zračenja, a osim toga, obično se pretpostavlja da su neujednačenosti u raspodeli materije tada tek počinjale da kolabiraju pod uticajem sopstvene gravitacije i da stvaraju zgušnjenja iz kojih će najzad nastati one galaksije koje danas vidimo na nebu. Međutim, neujednačenosti u raspodeli materije uočene pomoću COBE-a nisu mlade galaksije; COBE je proučavao samo nepravilne 'mrlje' veoma velikih razmera, mnogo puta veće od onih koje je materija ijedne današnje galaksije mogla zauzimati kad je Vaseljena bila trista hiljada godina stara. Ako ono što je COBE video ekstrapoliramo unazad i kažemo da su galaksije bile po svojim dimenzijama znatno manje u razdoblju kada su se rađale, i ako na osnovu toga izračunamo stepen neujednačenosti materije u takvim srazmerno malim prostorima, nailazimo na novi problem: tako male neujednačenosti bile bi tada, ujedno, i vrlo blage neujednačenosti, tako da ne bi mogle pod uticajem sopstvene gravitacije dati, ni do danas, ove galaksije koje vidimo. Jedan izlaz iz ovog problema bio bi da pretpostavimo da su neujednačenosti, i to neujednačenosti velike otprilike koliko galaksije, već bile počele svoje gravitaciono zgušnjavanje pre isteka tog razdoblja od tri stotine hiljada godina, a u tom slučaju ne bi bilo ispravno postupljeno ako bismo ekstrapolacijom unazad onoga što je COBE video došli do tog zaključka o znatno manjim dimenzijama galaksija. Ali to se nije moglo desiti ako je materija Vaseljene uglavnom sačinjena od običnih elektrona, protona i neutrona, jer nehomogenosti u takvoj običnoj materiji nisu mogle doživeti nikakav značajan porast sve dok Vaseljena nije postala prozračna za zračenje; naime, u svim ranijim trenucima svako zgrušnjenje bilo bi odmah razneto u komadiće, zbog pritiska svojih sopstvenih zračenja iznutra. S druge strane, egzotična tamna materija sačinjena od električno neutralnih čestica postala bi providna za zračenja još mnogo ranije, pa bi i svoja gravitaciona zgrušnjavanja počela u nekom znatno ranijem trenutku koji je znatno bliži času Velikog praska, što bi dovelo do tadašnjih nehomogenosti znatno jačih nego što su one na koje ukazuju COBE-ovi rezultati - dovoljno jakih, možda, da na taj način nastanu ove galaksije koje danas vidimo. Otkriće neke čestice tamne materije, ako bi se dogodilo u superkolajderu, bilo bi potvrda ove pretpostavke o poreklu galaksija, pa bi, samim tim, osvetlilo ranu istoriju Vaseljene.
     Ima i mnogo drugih novih stvari koje bi mogle biti otkrivene u akceleratorima kao što je taj superkolajder: mogle bi unutar kvarkova postojati neke čestice, baš kao što unutar protona postoje kvarkovi; mogao bi se otkriti neki od raznih superpartnera koje bi, po teoriji supersimetrija, obične čestice trebalo da imaju; mogle bi se ispoljiti nove vrste sila, povezane sa novim unutrašnjim simetrijama, i tako dalje. Ne znamo da li nešto od ovoga, i šta, postoji, a ako postoji, može li se otkriti u superkolajderu. Zbog toga je bilo umirujuće što smo unapred znali za bar jedno otkriće za koje se unapred možemo pouzdati da će ga superkolajder načiniti, a to je otkriće mehanizma narušavanja elektroslabe simetrije. Posle odluke Ministarstva za energiju da izgradi SSC, nastupile su godine planiranja i smišljanja; nije se moglo odmah krenuti u izgradnju. Dugotrajno iskustvo pokazalo je da ova vrsta izgradnje, iako ima državu za sponzora, najbolje uspeva u izvođenju privatnih firmi. Zato je Ministarstvo za energiju prepustilo pravo upravljanja nad fazom 'istraživanje i razvoj' Univerzitetskom udruženju za istraživanja, a to je jedan neprofitni konzorcijum sastavljen od šezdeset devet univerziteta koji su upravljali i Fermilabom. To udruženje je, onda, angažovalo univerzitetske i industrijske naučnike koji su postali članovi Nadzornog odbora za SSC, a mi smo posao podrobnog planiranja superkolajdera predali jednoj centralnoj konstrukcionoj grupi u Berkliju, ali pod rukovodstvom Morija Tignera (Maury Tigner) sa Kornela. Do kraja aprila 1986. ta grupa je dovršila planove: predviđen je podzemni tunel prečnika deset stopa (tri metra) savijen tako da daje ovalni prsten ukupne dužine 83 kilometra (što se može uporediti sa autoputem 'Vašington Beltvej'), a u njemu dva vitka protonska zraka, svaki nakrcan sa po 20 biliona volti energije, ali zahuktana u dva suprotna smera. Protone će održavati na putanji obavijajući magneti kojih treba da bude 3.840 (svaki po 17 metara dugačak). Za fokusiranje bi služilo 888 drugih magneta. Svi ti magneti zajedno sadržali bi 41.500 tona gvožđa, 19.400 kilometara superprovodnih kablova i 2 miliona litara tečnog helijuma za hlađenje.
     Tridesetog januara 1987. Bela kuća je odobrila ovaj projekat. U aprilu je Ministarstvo za energiju otpočelo proces odabiranja mesta za izgradnju, na taj način što je pozvalo zainteresovane savezne države da se jave. Do krajnjeg roka, a to je bio 2. septembar 1987, stigle su ukupno 43 prijave (zajedno teške oko 3 tone) država koje su želele da privuku superkolajder na svoju teritoriju. Nacionalne akademije za nauku i inženjerstvo imenovale su jedan odbor koji je od ponuđeih 43 izabrao 7 terena sa najboljim 'kvalifikacijama', a onda je, 10. novembra 1988, ministar za energiju saopštio odluku svog ministarstva: superkolajder ide u oblast Elis u Teksasu.
     Deo razloga za ovakav izbor leži duboko ispod teksaških ravnica. Od grada Ostina pa na sever sve do Dalasa prostire se jedna geološka formacija stara osamdeset miliona godina, poznata kao 'ostinska kreda'. Ona se tu nataložila kao sediment u doba kad je more prekrivalo veliki deo Teksasa. To doba zove se razdoblje krede. Kreda ne propušta vodu, dovoljno je meka da omogući lako kopanje, a ipak toliko čvrsta da ne bi bilo potrebno dodatno ojačavanje zidova tunela. Teško da bi se iko mogao nadati da će kopati tunel za superkolajder kroz neki bolji materijal.
     U međuvremenu, bitka za finansiranje superkolajdera tek je počinjala. Prelomni trenutak za projekte ove vrste jeste odobravanje prve tranše para za građevinske radove. Sve do tog trenutka, ulagalo se samo u razvoj i istraživanje, a to se može lako započeti i isto tako lako zaustaviti. Ali kad krenu građevinski radovi, onda je za političare prilična nezgodno da prestanu zato što bi time prećutno priznali da su novci utrošeni uludo na već obavljene, pa prekinute radove. U februaru 1988. predsednik Regan je zatražio od Kongresa 363 miliona dolara za građevinske radove, ali je Kongres odobrio samo 100 miliona dolara, i to izričito samo za istraživanje i razvoj, a ne za građevinske radove.
     Projekat SSC nastavio se kretati kao da mu je budućnost osigurana. Januara 1989. određen je jedan industrijski tim za menadžment, a Roj Šviters (Roy Schwiters) sa Harvarda izabran je za direktora superkolajderske laboratorije. Šviters je bradat, ali srazmerno mlad opitni fizičar, tada je imao 44 godine, a svoje menadžerske sposobnosti dokazao je kao vođa velikih grupa saradnika u vodećem američkom pogonu za visoke energije, kolajderu Tevatron u Fermilabu. Sedmog septembra 1989. stigle su nam dobre vesti: zajednički konferencijski odbor Senata i Predstavničkog doma saglasio se sa odobravanjem 225 miliona dolara za SSC u fiskalnoj 1990. godini, od čega je 135 bilo namenjno baš za građevinske radove. Projekat superkolajdera konačno se odlepio od faze istraživanja i razvoja.
     Borba nije bila gotova. Svake godine superkolajder ponovo ide pred Kongres i traži nastavak finansiranja, i svake godine protiv njega se pokreću novi napadi sa uvek istim argumentima. Samo veoma naivan fizičar bi se iznenadio kad bi saznao kako malo ti argumenti, u stvari, imaju veze sa narušavanjem elektroslabe simetrije ili sa konačnim zakonima prirode. Ali samo veoma ciničan fizičar neće biti baš nimalo rastužen zato što tu istinu zna.
     Glavni i najjači činilac koji opredeljuje političare da se izjašnjavaju za superkolajder ili protiv njega jeste najneposredniji ekonomski interes građana u njihovoj izbornoj jedinici. Glavna 'nemeza' superkolajdera u Kongresu, poslanik Džon Riter, uporedio je superkolajder sa 'političkim svinjogojstvom' (tako kažu za one projekte koji sami po sebi ne vrede ništa, ali će doneti političku korist onim kongresmenima koji ih forsiraju), rekavši da je to 'kvarkogojstvo'. Pre nego što je lokacija za izgradnju odabrana, imali smo opštu podršku svih onih koji su se nadali da će superkolajder biti kod njih, u njihovim saveznim državama. Kad sam svedočio u prilog superkolajderu pred jednim senatskim odborom 1987. godine, jedan od senatora mi je rekao da u tom trenutku ima gotovo sto senatora koji su za superkolajder, ali kad se odabere lokacija za izgradnju, ostaće samo dvojica. Podrška superkolajderu je svakako popustila, ali je taj senator ipak bio previše pesimističan. I sad postoji podrška od više nego dvojice senatora. Možda je to zato što kompanije širom SAD dobijaju porudžbine za komponente koje će biti ugrađene u superkolajder, ali, po mom mišljenju, delimično je i zato što ljudi uviđaju koliku naučnu važnost ovaj projekat ima.
     Mnogi protivnici superkolajdera ukazuju na hitnu potrebu da se sreže federalni deficit. Ovo je kao svoju temu stalno ponavljao senator Dejl Bampers (Dale Bumpers) iz Arkanzasa, takođe jedan od vodećih protivnika SSC-a u Senatu. Ja razumem njegovu zabrinutost, ali ne razumem zašto kresanje deficita mora početi baš na najistaknutijim domašajima nauke. Čovek pomisli na mnoge druge projekte, od svemirske stanice do podmornice 'Morski vuk', koji su mnogo skuplji, a čija je unutrašnja vrednost daleko manja. Moramo li mi nastaviti te druge projekte da bismo zaštitili od ukidanja radna mesta mnogih zaposlenih? Ali novac utrošen na superkolajder stvara otprilike isti broj radnih mesta kao i novac utrošen na ma šta drugo. Možda nije suviše cinično ako sugerišemo da su projekti kao svemirska stanica i 'Morski vuk' odveć dobro politički zaštićeni mrežom kompanija vojne i avio-industrije, tako da ne mogu biti obustavljeni, i da zato SSC ostaje na brisanom prostoru kao podesna žrtva koju treba uništiti da bi se, čisto simbolično, 'smanjivao' deficit.
     Jedna od uporno pokretanih tema u raspravama o superkolajderu bila je ona o navodnoj prevlasti 'velike nauke' ili 'male nauke'. Superkolajder je privukao na sebe neprijateljstvo nekih naučnika koji vole jedan stariji i skromniji stil vršenja opita: jedan profesor i jedan postdiplomac nešto petljaju u podrumu fakultetske zgrade. Većina onih koji rade u današnjim ogromnim akceleratorskim laboratorijama takođe bi više volela taj stil fizike, ali mi smo u prošlosti postigli takve uspehe da sad naprosto ne možemo ići dalje sa Raderfordovim kanapom i pečatnim voskom. Pretpostavljam da mnogi vazduhoplovci nostalgično razmišljaju o danima kad je pilotska kabina bila otvorena sa gornje strane, ali nećete, valjda, tako preko Atlantskog okeana.
     Protivljenje projektima 'velike nauke' kao što je superkolajder dolazi i od nekih naučnika koji bi radije videli da se te iste pare utroše na neke druge projekte (recimo, njihove sopstvene). Ali oni se, po mom utisku, zavaravaju. Kad je administracija zatražila, a Kongres uskratio novce za superkolajder, tako oslobođeni novac preusmeren je u projekte za navodnjavanje, a ne u nauku. Mnogi od tih projekata za navodnjavanje su čisto 'političko svinjogojstvo', a proždiru svote spram kojih fondovi za SSC izgledaju patuljasto.
     Neki su napali superkolajder zbog utiska da je u nekoj vezi sa Reganovim 'Zvezdanim ratovima' protiv nailazećih neprijateljskih raketa, odnosno sa svemirskom stanicom: kao, Regan pati od bezumnog oduševljenja za sve redom što je veliko, novo i tehnološko. A meni se baš čini da njihovi napadi izviru iz njihove jednako bezumne nenaklonosti prema svemu što je veliko, novo i tehnološko. Novinari su redovno trpali u jednu istu vreću svemirsku stanicu i superkolajder, kao užasavajuće primere velike nauke, uprkos činjenici da svemirska stanica uopšte nije naučni projekat. Natezanja jesmo li za malu ili smo za veliku nauku predstavljaju zgodan način da se izbegne razmišljanje o pojedinačnoj vrednosti nekog određenog projekta.
     Izvesna politička podrška, nezanemarljiva, dolazi od onih koji vide superkolajder kao jednu vrstu industrijske staklene bašte, u kojoj ćemo mi svakako, hteli-ne hteli, morati da ubrzamo svoj napredak u nekim kritično važnim tehnologijama: u kriogenici, konstruisanju magneta, kompjuterima koji mogu da prate veoma brze procese i tako dalje. Superkolajder bi bio i intelektualno bogatstvo zato što bi oko sebe, dakle u našoj zemlji, zadržao mnoge izuzetno nadarene naučnike. Bez superkolajdera, celo jedno pokolenje fizičara visokih energija moraće se odseliti u Evropu ili u Japan da tamo nastavi istraživanja. Čak i oni koji ne mare za rezultate u fizici mogli bi se dosetiti da zajednica fizičara visokih energija predstavlja jedan zdenac naučne nadarenosti koji je našoj zemlji dobro poslužio, još od 'Projekta Menhetn' u prošlosti, pa do današnjeg rada na uporednim programima za superkompjutere.
     To su dobri i značajni razlozi da naš Kongres podrži SSC, ali to nisu razlozi koji dotiču srce fizičarevo. Jer ono kuca neodložnom željom da vidi superkolajder priveden kraju zato što oseća da bez njega ne možemo nastaviti našu veliki intelektualnu pustolovinu otkrivanja konačnih zakona prirode.

     U oblast Elis sam 'sišao' pred kraj jeseni 1991. godine da pogledam teren za izgradnju superprovodnog superkolajdera. Zemljište je u tom delu Teksasa uglavnom blago talasasto i dobro navodnjeno nebrojenim potočićima pored kojih rastu šumarci 'pamučnog' drveća. U to doba godine, zemljište nije izgledalo mnogo lepo: sa gotovo svih njiva bilo je sve požnjeveno, a ozimi usevi još nisu iznikli, tako da si svuda mogao videti uglavnom ogromna prostranstva blata i samo nekoliko polja belih od pamuka koji zbog nedavnih kiša nije mogao biti na vreme požnjeven. Nebom su patrolirali jastrebovi, nadajući se da uhvate nekog miša ako krene u pabirčenje. Nije to zemlja kauboja. Na jednoj livadi video sam zgurenu grupu krava sorte 'crni angus', na drugoj jednog belog konja samog, ali stoka koja stiže na stočne tržnice Fort Vorta dolazi uglavnom sa rančeva koji su daleko na severu i na zapadu od oblasti Elis. Dok se vozite ka budućim stambenim zgradama koje će činiti kampus onih što će raditi na SSC-u, dobri državni drumovi namenjeni prevozu robe od farme do tržnice postepeno se svedu na zemljane seoske puteljke, nimalo različite od onih kojima su farmeri donosili ovoj zemlji pamuk pre sto leta.
     Znao sam da sam stigao na zemljište koje je Teksas otkupio za kampus kad sam se provezao pored nekih farmi sa daskama zakucanim unakrst preko prozora kuća; čekale su da budu premeštene ili srušene. Oko kilometar i po odatle, na sever, video sam ogromnu novu građevinu, 'Magnetaru', namenjenu razvijanju magneta. Onda, iza šumarka hrastova, visoki toranj za bušenje. Pomislio sam tada na Tomasa Hakslija.
     Iako se tu već uveliko zidalo i bušilo, ja sam znao da budžet za ovaj projekat može i sad biti uskraćen. Mogao sam zamisliti kako se rupe zatrpavaju, a 'Magnetara' ostavlja prazna, i kako dolazi dan kad se samo još poneki stari farmer mutno seća da je bilo nekad nekih naučnih planova u oblasti Elis. Možda omađijan Hakslijevim viktorijanskim optimizmom, nisam mogao poverovati da će stvarno doći baš do toga, niti da će u našem vremenu traganje za konačnim zakonima prirode biti napušteno.
     Niko ne može kazati da li će neki pojedinačni akcelerator biti sredstvo našeg stizanja do konačne teorije. Znam da te mašine predstavljaju neophodne sledeće stepene i naslednike u jednom istorijskom redosledu velikih naučnih uređaja, koji se pruža od današnjih akceleratora kao što su onaj u Brukhejvenu, u CERN-u, DESI, Fermilab, KEK i SLAK, unazad preko Lorensovog ciklotrona i Tomsonove katodne cevi, sve do Frauenhoferovog (Frauenhofer) spektroskopa i Galilejevog teleskopa. Bez obzira na to da li će konačni zakoni prirode biti otkriveni ili neće biti otkriveni za našeg života, velika je stvar to što smo nosioci i nastavljači tradicije da se priroda stalno ispituje i preispituje, i da se uvek iznova, nebrojeno puta, postavljaju pitanja zašto ona jeste takva kakva jeste.

POGOVOR DRUGOM IZDANJU: SUPERKOLAJDER, GODINU DANA KASNIJE

     Upravo kad je ova knjiga odlazila u štampu, u pozni oktobar 1993, Donji dom Američkog parlamenta izglasao je odluku da se program izgradnje superprovodnog superkolajdera ukine. Iako je u prošlosti bilo takvih glasanja, da bi potom program ipak bio spasavan, ovog puta ukidanje, bar dok ovo pišem, izgleda konačno. Politikolozi i istoričari nauke sigurno će u budućnosti imati mnogo posla dok budu analizirali tu odluku, ali možda nije prerano da ponudim nekoliko mojih objašnjenja kako se, i zašto, to dogodilo.
     Na dan 24. juna 1993. Predstavnički dom je izglasao odluku da izbriše fondove za superkolajder iz budžeta namenjenog za energiju i vodu. Tako isto je glasao i godine 1992. Time budžet za energiju i vodu nije postao ništa manji, niti je dao veću podršku nekim drugim oblastima nauke; naprosto su novci od superkolajdera postali raspoloživi za neke druge projekte u oblasti energije i vode. Sada je samo povoljno glasanje u Senatu moglo spasiti superkolajdersku laboratoriju.
     Još jednom su fizičari iz svih delova Sjedinjenih Američkih Država napustili svoje radne stolove i laboratorije da bi u Vašingtonu lobirali, celog leta, u korist superkolajdera. Teatralni vrhunac bitke oko opstanka superkolajdera verovatno je bila senatska rasprava koja je održana tokom 29. i 30. septembra 1993. Gledao sam tu raspravu i imao nadrealno iskustvo: slušao sam, naime, kako senatori, usred Senata, raspravljaju o postojanju Higsovih bozona i navode ovu knjigu kao autoritet. Najzad je, 30. septembra, Senat glasao sa 57 glasova za i 42 glasa protiv, i time doneo odluku da odobri fondove za superkolajder u punom iznosu (640 miliona dolara) koliko je vlada tražila. Ovu odluku je onda podržao i zajednički odbor Senata i Predstavničkog doma, ali 19. oktobra je Predstavnički dom sa maltene dvotrećinskom većinom odlučio da vrati budžet za energiju i vodu tom istom odboru, ali sa uputstvom da fond za superkolajder ima biti izbrisan. Pomenuti odbor se, evo, sastao i saglasio da projekat superkolajdera bude ukinut.
     Zbog čega se ovo dogodilo? Program, to je sigurno, nije naišao ni na kakve tehničke teškoće. Tokom godinu dana proteklih od kad je ova knjiga napisana, iskopano je 24 kilometra tunela kroz ostinsku kredu ispod teksaškog okruga Elis. Za linearni akcelerator kućište je završeno, a oprema jednim delom ugrađena; bio je to prvi u nizu akceleratora koji je trebalo da šalju protone na putovanje kroz superkolajder. Završeni su radovi na 570 metara dugačkom tunelu za niskoenergetski 'buster' koji je trebalo da ubrzava protone kad iziđu iz linearnog akceleratora, da ih podigne do energije od dvanaest milijardi volti, a onda preda u nadležnost srednjoenergetskom busteru. (To je, prema današnjim merilima, skromna energija, ali kad sam ja počinjao moja istraživanja u fizici, nijedna laboratorija na svetu nije mogla domašiti dvanaest milijardi volti.) Podignute su u Luizijani, Teksasu i Virdžiniji fabrike koje je trebalo masovno da proizvode magnete što bi vodili i fokusirali protone na putovanju kroz sva tri bustera, a zatim kroz glavni prsten, koji je 87 kilometara dugačak. Pored one laboratorije koju sam video prilikom moje posete 1991. godine - laboratorije za razvoj magneta - podignute su i druge zgrade: laboratorija za proveru magneta, laboratorija za testiranje akceleratorskih sistema i zgrada u kojoj je trebalo da budu smešteni masivni rashlađivači i kompresori potrebni da bi tečni helijum neprestano hladio superprovodne magnete glavnog prstena. Jedan program opita - u kome bi sarađivalo više od hiljadu doktora fizike iz dvadeset četiri zemlje - već je dobio predodobrenje, a drugi je bio blizu odobrenja.
     Nije se ni dogodilo neko otkriće u fizici elementarnih čestica koje bi oslabilo razloge za izgradnju superkolajdera. I sad smo 'zaglavljeni' u naporima da zakoračimo dalje od standardnog modela. Bez superkolajdera, naša najveća nada jeste da će fizičari u Evropi krenuti u ostvarenje svojih planova za jedan sličan akcelerator.
     Nevolje projekta superkolajdera jednim delom su uzgredna posledica izvesnih političkih promena koje sa fizikom nemaju nikakve veze. Predsednik Klinton jeste nastavio pružanje podrške administracije projektu superkolajdera, ali Klintonu je taj projekat politički manje važan nego što je bio predsedniku Bušu, koji je iz Teksasa, ili predsedniku Reganu, tokom čijeg mandata je taj projekat otpočeo. Možda je najvažnije bilo to što su mnogi članovi Kongresa (naročito oni novoizabrani) osetili potrebu da dokažu svoju budžetsku štedljivost tako što će glasati protiv nečega. Projekat superkolajdera čini samo 43 hiljadita dela jednog postotka ukupnog federalnog budžeta, ali postao je zgodan politički simbol.
     Najupornije ponavljana nota u raspravi o superkolajderu bila je zabrinutost oko prioriteta. Ovo je ozbiljna tema; vidimo da neki od naših sugrađana nemaju dovoljno dobru ishranu niti dovoljno dobre stanove, pa zbog toga nikad nije lako izdvojiti novac za bilo šta drugo. Ali neki poslanici uviđaju da dugoročni dobici od ulaganja u temeljnu nauku mogu biti mnogo važniji nego sva neposredna dobra dela koja se tim istim novcem mogu učiniti za današnje nezbrinute. Uostalom, mnogi članovi Kongresa koji su žustro osporavali prioritetnost superkolajdera glasaju rutinski za razne druge projekte čija je važnost daleko manja. Drugi krupni projekti, pa i svemirska stanica, preživeli su ovu godinu, ne toliko zbog svoje unutrašnje vrednosti koliko zbog činjenice da veliki broj glasača, onih koji stoje iza naših kongresmena, ima ekonomsku dobit od tih programa. Da je superkolajder bio dva puta skuplji i stvarao dva puta više radnih mesta, možda bi bolje prošao.
     Protivnici superkolajdera naveliko su insistirali na tvrdnjama da je projektom loše upravljano i da su se troškovi oteli kontroli. A istina glasi da nikakvog lošeg upravljanja nije bilo, a da su gotovo sva povećanja troškova proistekla iz kašnjenja u odobravanju finansijskih sredstava iz državnog budžeta. To sam ja i rekao kad sam svedočio pred senatskim Odborom za energiju i prirodna bogatstva, u avgustu 1993. Najbolji odgovor na sve takve optužbe dao je u avgustu ministar za energiju O'Liri (O'Leary) koji je rekao da je projekat utrošio dvadeset odsto ukupno predviđene svote i da je sad dvadeset odsto dovršen.
     Neki kongresmeni su zastupali gledište da superkolajder jeste naučno vredan, ali da ga ne možemo sebi priuštiti baš sad. Ali kad god da započnemo neki projekat takvih razmera, čije ostvarenje mora trajati dugi niz godina, neminovno je da naiđu i neke godine koje će ekonomski biti loše. I šta treba da radimo - da započinjemo sve nove i nove velike projekte, ali i da ih redom napuštamo kad god privreda posustane? Upravo sada smo otpisali, kao propale, dve milijarde dolara i deset hiljada radnih godina ukupno dosad uloženih u superkolajder; koje bi to strane vlade i koji naučnici želeli učestvovati u ma kom takvom projektu u budućnosti, ako on može biti poništen kad god ekonomija opet zaškripi? Naravno da svaki program treba da bude izložen preispitivanju, ako to zahtevaju promene u nauci ili tehnologiji. Pa, zapravo, sami nuklearni fizičari su povukli prvi potez u poništenju projekta 'Izabela', a to je bio naš poslednji veliki akceleratorski projekat, zato što su promene u ciljevima fizike zahtevale da se povuče baš takav potez. Ali u razlozima za izgradnju superkolajdera nije se izmenilo ništa. Sad, kad je program za superkolajder ukinut, i to ukinut zbog toga što je budžet tesan ove godine, izgleda da su Sjedinjene Države rekle trajno 'zbogom' svakoj nadi da će u budućnosti imati odgovoran program istraživanja u fizici elementarnih čestica.
     Razmišljam sad o letošnjoj borbi i nalazim neku utehu u tome da postoje i neki kongresmeni koji, bez obzira na sve političke i ekonomske pobude koje ih podstiču da podrže superkolajder, zaista jesu zainteresovani i za naučni posao koji bi superkolajder obavio. Jedan od takvih je senator Benet Džonston (Bennett Johnston) iz Luizijane, koji je organizovao prosuperkolajdersku stranu uoči senatske rasprave. Njegova zavičajna savezna država ima ekonomski interes da proizvodi magnete za superkolajder, ali, izvan toga, on je i oduševljeni 'navijač nauke', što je i ispoljio svojim rečitim govorom u Senatu. Isto intelektualno uzbuđenje zbog same nauke nalazimo i u izjavama nekih drugih članova Kongresa, kao što su senatori Mojnihen (Moynihan) iz Njujorka i Keri (Kerrey) iz Nebraske i kongresmeni Nedler (Nadler) sa Menhetna i Gepart (Gephardt) iz Misurija; kao i kod predsednikovog savetnika za nauku Džeka Gibonsa (Jack Gibbons). U maju sam išao kao član jedne grupe fizičara na susret sa onim članovima Kongresa koji su skupštinske novajlije, prvi put izabrani. Kad su drugi objasnili kakvo vredno tehnološko iskustvo možemo steći izgradnjom superkolajdera, ja sam rekao da, doduše, o politici ne znam mnogo, ali da mi se čini da ne treba zaboraviti da ima mnogo glasača koji se iskreno zanimaju za temeljne probleme nauke, bez obzira na eventualnu tehnološku primenljivost. Jedan kongresmen iz Kalifornije tada je primetio da se sa mnom slaže samo u jednom: naime, da o politici ne znam mnogo. Malo kasnije u salu je ušao jedan kongresmen iz Merilenda. Neko vreme je slušao raspravu o korisnim tehnološkim ostvarenjima koja će usput, uz rad na superkolajderu, biti postignuta; zatim je rekao da ne treba zaboraviti da su mnogi glasači zainteresovani i za temeljne probleme nauke. Ja to čuo, pa otišao srećan.
     Rasprava o superkolajderu navodi čoveka i na neke misli koje su manje vesele. Već vekovima, odnose između nauke i društva nalaže jedna prećutna pogodba. Većina naučnika želi da postiže otkrića koja su sveobuhvatna ili divna ili temeljna, bez obzira na to da li mogu doneti ikakvu konkretnu korist za društvo. Neki ljudi koji nisu naučnici nalaze da je takva, čista nauka uzbudljiva, ali društvo, baš kao onaj kongresmen iz Kalifornije, uglavnom podržava nauku zato što očekuje da će tu biti i nečeg primenljivog, neposredno korisnog. To očekivanje se, govoreći uopšteno, ostvarivalo. Nije reč samo o tome što svaki naučni rad ranije ili kasnije, verovatno, naiđe makar i nehotice na neku mogućnost korisne primene. Suština je u tome da mi, kad pomeramo krajnje granice dostignutog znanja, nalazimo stvari koje su zaista nove, a neke od njih se pokažu korisne. Tako se, eto, za elektrone i za radioaktivnost pokazalo da su korisne stvari. Osim toga, u stremljenju ka novim otkrićima mi postižemo novu tehnološku i intelektualnu virtuoznost, koja vodi ka novim praktičnim primenama.
     Ali sada se ta prećutna pogodba, reklo bi se, počinje da kvari. Neki kongresmeni su izgubili poverenje u čistu nauku; što je još gore, neki naučnici koji rade u neposredno primenljivijim poljima počeli su, u borbi za što veći udeo u budžetu, da napadaju nas koji tragamo za zakonima prirode. Ovo kako je superkolajder nastradao u Kongresu samo je jedan simptom šireg gubljenja naklonosti prema temeljnoj nauci. Drugi takav simptom jeste nedavni pokušaj da se u Senatu progura zahtev da Nacionalna zadužbina za nauku ubuduće posvećuje šezdeset odsto svojih fondova rešavanju socijalnih problema. Ne kažem da to ne bi bio dobro potrošen novac, ali užasavajuće je da neki senatori žele da obezbede pare za socijalu tako što bi manje para davali za temeljna naučna istraživanja. Rasprava oko superkolajdera pokrenula je neka pitanja čija važnost nadilazi tu jednu spravu, pitanja koja će ostati sa nama u predstojećim decenijama.

     Ostin, Teksas
     oktobar 1993.

BELEŠKE

     1. PROLOG
     (13) Aristotel tvrdi da je kretanje projektila (bačenog predmeta) delimično prirodno, a delimično neprirodno: Oduvek sam imao utisak da je Aristotel govorio da će projektil putovati pravolinijski sve dok ne potroši sav svoj početni impuls i da će onda pasti okomito na tle. Međutim, nisam uspeo pronaći tu tvrdnju nigde u njegovim delima. Jedan stručnjak za Aristotela, Robert Henkinson (Robert Hankinson), sa Univerziteta Teksas, uverava me da Aristotel nikada nije rekao ništa što bi bilo toliko suprotno opažanjima, i da sam ja verovatno negde naišao na neko srednjovekovno pogrešno navođenje Aristotelovih gledišta.
     (15) Uistinu, reč 'zakon' retko je korišćena u antičkim vremenima: E. Zilsel, "The Genesis of the Concept of Physical Law", Philosophical Review 51 (1942): 245.
     (15) Proučavalac klasike Piter Grin smatra da krivicu za ograničenost grčke nauke...: Peter S. Green, Alexander to Actium: The Historical Evolution of the Hellenistic Age (Berkeley and Los Angeles: University of California Press, 1990), pp. 456, 475-8.
     (16) Njutn je opisao u svojoj knjizi Optika kako bi se, po njegovom mišljenju, taj program mogao izvesti: Zahvaljujem se Bengtu Nejdželu (Bengt Nagel) što mi je preporučio da upotrebim ovaj navod.
     (17) Robert Endrus Milikan, takođe američki eksperimentalista: The Autobiography of Robert A. Millikan (New York: Prentice-Hall, 1950), p. 23. Takođe vidi belešku: K. K. Darrow, Isis 41 (1950): 201.
     (17) Pričao mi je jedan prijatelj da se po Kembridžu često govorkalo, u doba kad je on bio student: Fizičar Abdus Salam.
     (17) postoji obilje drugih dokaza o... osećanju naučnog samozadovoljstva: Priloge o osećanju zadovoljstva postignutim u nauci poznog devetnaestog veka sakupio je istoričar sa Berklija Lorens Bedaš i objavio u delu: Lawrence Badash, "Celovitost nauke devetnaestog veka", Isis 63 (1972): 48-58.
     (19) "Čini se da nije daleko dan kada će se...": A. A. Michaelson, Light Wawes and Their Uses (Chicago: University of Chicago Press, 1903), p. 163.
     (20) da "osnovni fizički zakoni...": P. A. M. Dirac, "Quantum Mechanics of Many Electron Systems", Proceedings of the Royal Society A123 (1929): 713.
     (21) Kao što kaže njegov biograf Ejbraham Peiz: Tako je to naveo Bokser (S. Boxer) u New York Times Book Review, January 26, 1992, p.3.