Czy jesteśmy w stanie sformułować Teorię Wszystkiego?

Czy jesteśmy w stanie sformułować Teorię Wszystkiego?

Wszechświat jest miejscem dosyć skomplikowanym, a jednak przez tysiąclecia uczeni żywili na pozór zwariowane przekonanie. „Wszechświat może wydawać się skomplikowany – mówią – lecz jeśli będziemy dostatecznie bystrzy i wytrwali oraz będziemy dysponowali odpowiednim wyposażeniem, powinniśmy ujrzeć u podstaw całej tej złożoności świat niezrównanej prostoty i urody”.

Oto prosta analogia. Znajdujemy się w nowym mieście i widzimy wokół siebie różne rodzaje budynków: od wieżowców po parterowe domki. Gdy jednak przyglądamy się budowlom bliżej, zauważamy, że wszystkie różnią się jedynie układem kilku rodzajów cegieł. Bogactwo form, prostota struktur.

Z poszukiwania ukrytej prostoty wynikło niezwykle udane przedsięwzięcie naukowe, które po pewnych ustaleniach okazuje się sięgać dwa tysiąclecia wstecz, do czasów filozofów greckich. W swym współczesnym wcieleniu pojawiło się na scenie na początku dziewiętnastego wieku, gdy John Dalton wysunął sugestię, że chociaż na świecie istnieje olbrzymia liczba różnych rodzajów materiałów, wszystkie one są zrobione z rozmaitych kombinacji stosunkowo niewielkiej liczby atomów. W naszym stuleciu poszliśmy tym tropem dalej przez atom, do jego jądra i przez jądro do cząstek, z których się składa. Ostatnio skoncentrowaliśmy naszą uwagę na kwarkach, które uważamy za najbardziej podstawowe jednostki materii. Przy tym sposobie patrzenia na rzeczy, gdy bierzemy ołówek i pytamy: „Co to jest?” – odpowiadamy mówiąc o kwarkach, składających się na cząstki elementarne, cząstkach tworzących jądra atomowe, następnie o dołączaniu elektronów na orbity, by otrzymać atom, aż w końcu o wiązaniu ze sobą atomów w drewno i grafit ołówka. Bogactwo form, prostota struktur.

W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci zaczęliśmy podejrzewać, że ukryta prostota może być jeszcze prostsza, niż to wynika z odkrycia kwarków. To może być tak, jakbyśmy odkryli nie tylko to, że wszystkie budynki zbudowane są z cegieł, lecz także, jeśli przyjrzelibyśmy się bliżej, że wszystkie te różnego rodzaju łączniki – gwoździe, klej, zaprawa murarska i tak dalej – zrobione są z jednego rodzaju materiału. Zaprawa jest jednym ze sposobów łączenia ze sobą części składowych w celu utworzenia większych struktur. We Wszechświecie rolę zaprawy odgrywają siły, które wpływają na sposób, w jaki jeden kawałek materii oddziałuje na drugi.

Na pierwszy rzut oka wydaje się, że w przyrodzie istnieją cztery takie siły: znane siły grawitacji i elektromagnetyzmu, oraz – w skali atomowej – oddziaływania silne (zespalające jądro) i oddziaływania słabe (rządzące pewnymi rodzajami rozpadu promieniotwórczego). Fizycy stwierdzili, że jeśli przyjrzymy się tym siłom w dostatecznie dużym powiększeniu, to wydają się one identyczne. Chociaż przyjęliśmy, że w jądrze mamy ekwiwalenty gwoździ, zaprawy, kleju i spinaczy, to jeśli jesteśmy wystarczająco pomysłowi, ujrzymy, że jest tylko jeden rodzaj złącza. Bogactwo form, prostota struktur.

Teorie opisujące łączenie się tych czterech sił w jedną przy dużych powiększeniach (lub równoważnie – przy dużych energiach) zwane są jednolitymi teoriami pola. Z pierwszej z tych teorii wynikało, że przy energiach możliwych do osiągnięcia w największych ziemskich akceleratorach cząstek siły elektromagnetyczne i oddziaływania słabe postrzegane są jako jedno. Następny krok, przewidziany przez tak zwany model standardowy (najlepszą do tej pory naszą teorię Wszechświata), to unifikacja oddziaływań silnych z poprzednimi dwoma. Końcowa teoria, jak dotąd jedynie trochę więcej niż tylko błysk w oczach fizyka, powinna zunifikować wszystkie cztery oddziaływania w Teorię Wszystkiego.

Wyobraźmy to sobie. Byłoby to jedno równanie, prawdopodobnie mieszczące się na skrawku papieru, które zawierałoby w pewnym sensie to wszystko, co możemy wiedzieć o Wszechświecie.

Rozpoczynając karierę fizyka, sądziłem, że istnieje pewna uzasadniona szansa na to, aby nasze pokolenie ostatecznie zapisało to równanie. Teraz już tak nie myślę. Warunkiem dokonywania się postępu w nauce jest ciągłość wzajemnego oddziaływania pomiędzy nowymi teoriami a nowymi doświadczeniami. Ta para wykonuje swego rodzaju walc w czasie. W tej chwili proces jest zablokowany, gdyż choć mamy dużo nowych pomysłów teoretycznych, brak jest stosownych danych, względem których moglibyśmy je testować. Aby takie dane uzyskać, potrzebujemy maszyny dysponującej dostateczną energią do ich otrzymania. Sądzono, że taką maszyną będzie (kosztujący 10 miliardów dolarów) nadprzewodzący superakcelerator (Superconducting Supercollider – SSC), który miał być zbudowany w 85-kilometrowym tunelu w kształcie koła pod prerią w Teksasie, na południe od Dallas. Niestety, w 1993 roku, gdy wykopano już odcinek długości 23 kilometrów, Kongres Stanów Zjednoczonych wstrzymał finansowanie budowy tego urządzenia. Być może przyszłe pokolenia, w kraju szczęśliwym z powodu bardziej dalekowzrocznego rządu, zrealizują marzenia, zapoczątkowane dwa tysiące lat temu przez Greków.

A o nas zostanie jedynie krótka wzmianka historyczna – o tych, co zmarnowali czas pomiędzy pierwszym człowiekiem na Księżycu a Teorią Wszystkiego.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *