Zagadka nieskończoności. Kwantowa teoria pola na tropach porządku Wszechświata

Autor: Frank Close

• Szczegółowe informacje
• Informacje dot. wydania

• Tłumaczenie: Marek Krośniak
  Tytuł oryginału: The Infinity Puzzle. Quantum Field Theory and the Hunt for an Orderly Universe
  Wydawnictwo: Prószyński i s-ka
  Seria: Na ścieżkach nauki
  Data wydania: 2013
  ISBN 978-83-7839-527-0
  
• Wydanie: papierowe
  Oprawa: miękka
  Liczba stron: 520

Zagadka nieskończoności prześladowała elektrodynamikę kwantową (QED) przez kilkadziesiąt lat. Każda próba zastosowania równań do przypadków wykraczających poza najprostsze przybliżenia kończyła się katastrofą – wynikiem była zawsze… nieskończoność.
Nieskończoność jest dla fizyka synonimem klęski, wynikiem, który mówi jedynie, że rzeczywistość wymyka się matematycznemu opisowi.
Problem nieskończoności przez dziesięciolecia opierał się wysiłkom najwybitniejszych fizycznych umysłów. W swojej książce Frank Close opowiada o istocie tego impasu, historii jego przełamania oraz związanych z tym sporach o pierwszeństwo w perspektywie przyznania Nagrody Nobla.
„Zagadka nieskończoności” to opowieść o tym, w jaki sposób naprawdę uprawia się naukę, która bynajmniej nie jest nieustającym, heroicznym przybliżaniem się do prawdy, ale labiryntem ślepych uliczek, cząstkowych wyników i nietrafionych argumentów, w którym bardzo trudno odnaleźć drogę, wiodącą od teoretycznej idei do eksperymentalnego odkrycia. Wydawnictwo Prószyński i Sk-a, http://www.proszynski.pl

Nauka jest często ukazywana przez pryzmat geniuszy. Widzimy samotnych Newtonów, Darwinów i Einsteinów – nieraz szykanowanych przez naukowy establishment – którzy nie zrażali się i wytrwale tworzyli podwaliny naszej wiedzy o świecie. Opowiadanie o nauce w ten sposób ma swoje niewątpliwe plusy – nie trzeba zapamiętywać wielu, nieraz trudnych, nazwisk. Czytaliście kolejne tomy sagi George’a Martina, z pierwszym, „Grą o tron”, na czele? Potok postaci i wielowątkowość narracji mogły przyprawić o zawrót głowy nawet tych obdarzonych świetną pamięcią. W przypadku książek Martina nie zawsze warto było pamiętać te imiona – często kryjące się za nimi postacie ginęły równie szybko, jak nagle się pojawiały. Inaczej jest jednak z nauką. Nauka to nie coś wyrytego w kamieniu, to proces, w którym udział biorą nieraz dziesiątki, setki a nawet tysiące ludzi z całego świata. To arena triumfów i spektakularnych porażek; scena wzlotów i bolesnych upadków; nauka jest błądzeniem i szukaniem ścieżek, a czasem ich gubieniem¹ i niemożności ich powtórnego odnalezienia. Niewiele jest takich książek popularnonaukowych, które szczegółowo pochylają się nad samym procesem odkryć i wyliczają wszystkich aktorów naukowego dramatu. Taką właśnie książką jest Zagadka nieskończoności Franka Close’a.

W większości popularnonaukowych publikacji dotyczących mechaniki kwantowej i teorii cząstek opowieść zaczyna się pod koniec XIX wieku i prowadzi nas przez pierwsze dziesięciolecia XX wieku, kiedy kwanty święciły triumfy, a fizycy zajmujący się tą dziedziną pojawiali się na pierwszych stronach gazet. Frank Close wybrał inne rozwiązanie: rozpoczął wtedy, kiedy w równaniach teorii elektrodynamiki kwantowej (czyli opisujących oddziaływania elektromagnetyczne) pojawiły się problemy. I to nie byle jakie. Przybrały one postać największego koszmaru każdego fizyka – nieskończoności. Angielski fizyk opowiada w swojej książce o tym, jak kolejnymi – nieraz bardzo drobnymi – krokami znaleziono rozwiązanie. Rozwiązanie, które pozwoliło nam sięgnąć głębiej w fizyczną rzeczywistość i opisać matematycznie również inne podstawowe oddziaływania kwantowe: silne (w postaci chromodynamiki kwantowej) i słabe (w postaci flaworodynamiki kwantowej)². Co więcej, wysiłkiem wielu mało dziś znanych geniuszy, udało się znaleźć wspólny mianownik tych podstawowych sił natury w postaci teorii oddziaływań elektrosłabych i wreszcie Modelu Standardowego. Kiedyś zapewne będziemy z zapartym tchem czytać historię Teorii Wszystkiego (fizycznego modelu łączącego Model Standardowy z einsteinowską grawitacją) z setkami uczonych, zarówno tych podążających dobrym tropem, jak i tych błądzących. Obyśmy dożyli tego dnia!

W Zagadce nieskończoności pełno jest kwarków, bozonów czy symetrii SU(2). Nie da się od tego uciec (wręcz nie powinno się), gdy opowiada się o fizyce. Ale książka Franka Close’a to przede wszystkim opowieść o ludziach; ich współpracy i rywalizacji. Oprócz świetnie znanych postaci takich jak Peter Higgs, Steven Weinberg czy Richard Feynman spotkamy tu Philipa Andersona czy Johna C. Warda, którzy nigdy nie zyskali podobnej sławy, a których odkrycia wydatnie przyczyniły się do zrozumienia fizycznej rzeczywistości.

Zagadka nieskończoności nie tylko roztacza przed nami piękny gmach kwantowej teorii pola. Jej wyjątkowość leży przede wszystkim w tym, że Frank Close szczegółowo prezentuje nam, jak ten gmach wznoszono. Angielski fizyk wskazuje nam okresy przestojów i ślepe uliczki, którymi podążali nawet późniejsi nobliści. Niezwykłą siłą książki Close’a jest to, że pokazuje on ma, jak bardzo ludzka jest nauka, która wydaje się być tak daleko od codziennego życia. Najlepiej ilustruje to historia jednego z najczęściej cytowanych artykułów dotyczących fizyki cząstek. W 1967 roku Steven Weinberg opublikował pracę, którą zacytowano dotąd już ponad 7100 razy³. Jak zauważa autor Zagadki nieskończoności daje to średnio trzy cytowania na tydzień. Gołym okiem widać, że to przełomowy artykuł. Tymczasem między jego publikacją a rokiem 1971 zacytowano go zaledwie dwukrotnie! Jak można było nie dostrzec przełomu? Dopiero kolejne, dokonane przez innych naukowców, odkrycia pokazały wagę pracy Weinberga i przyniosły mu Nagrodę Nobla.

Zagadka nieskończoności nie jest książką łatwą. Na pewno nie polecam jej osobie, która po raz pierwszy konfrontuje się z mechaniką kwantową. Mnogość specjalistycznych terminów i ilość bohaterów mogą przyprawić o zawrót głowy. Część materiału na pewno można było przedstawić bardziej zrozumiale dla laika, co pokazują inne publikacje dotyczące mechaniki kwantowej. Nie to jednak było głównym celem Franka Close’a. Wydaje się, że wyszedł on z założenia, że przeciętny czytelnik jego książki już całkiem nieźle orientuje się w tym świecie i dąży przede wszystkim do pogłębienia swojej wiedzy. Co najważniejsze, doskonale pokazuje ona, jak nauka wygląda od kuchni.

¹ Cytując autora: Mając świadomość zaciętej rywalizacji o stałe etaty na uniwersytetach (podobnie jak teraz), [Robert Marshak – wtrącenie K.K.] poradził Guralnikowi, że „musi zająć się czymś innym, jeśli chce pozostać przy fizyce”. Czterdzieści lat później Guralnik podchodził do tego filozoficznie: „Skoro on znał się na oddziaływaniach słabych i rynku pracy, posłuchałem go. Nadal jestem pewien, że miał rację”. Była to zaiste optymistyczna postawa, tym bardziej że w kilka lat po ich rozmowie Marshak, spotkawszy Guralnika na konferencji (…), z poczucia przyzwoitości „publicznie przeprosił za to, że odwiódł mnie od moich badań nad łamaniem symetrii” oraz – wedle relacji Guralnika – „za to, że pozbawiłem Cię [Guralnika] szans na otrzymanie Nagrody Nobla”.

²Nazwę te wymyślono w analogii do elektrodynamiki i chromodynamiki kwantowej, ale obecnie rzadko jest używana, gdyż oddziaływania słabe najlepiej opisuje teoria oddziaływań elektrosłabych.

³Tak było w 2011 roku, kiedy oryginalnie wydano Zagadkę nieskończoności