PRVA LEKCIJA
NAJLEPŠA TEORIJA NA SVETU
Albert Ajnštajn je u mladosti proveo godinu dana u besciljnom gluvarenju. Nigde ne možete stići bez „gubljenja“ vremena – a to je nešto što roditelji tinejdžera, nažalost, obično zaboravljaju. Nalazio se u Paviji. Pridružio se porodici pošto je napustio nastavu u Nemačkoj, nesposoban da istrpi strog režim u svojoj tamošnjoj srednjoj školi. Bilo je to na početku dvadesetog veka, i u Italiji je tada započela industrijska revolucija. Njegov otac, inženjer, gradio je prve električne centrale na ravnici Padove. Albert je čitao Kanta i povremeno odlazio na predavanja na Pavijski univerzitet: iz zadovoljstva, pošto tamo nije bio upisan, niti je morao da razmišlja o ispitima. Tako nastaju ozbiljni naučnici.
Posle toga, upisao se na Ciriški univerzitet i uronio u studije fizike. Nekoliko godina kasnije,1905, poslao je tri članka najprestižnijem naučnom časopisu iz tog perioda: Annalen der Physik. Svaki od njih bio је vredan Nobelove nagrade. Prvi dokazuje da atomi zaista postoje. Drugi postavlja prvi temelj za kvantnu mehaniku, o čemu ću govoriti u sledećoj lekciji. Treći predstavlja njegovu prvu teoriju relativnosti (danas poznatu kao „specijalna relativnost“) teoriju koja izlaže to da vreme ne prolazi istovetno za svakoga: dva jednojajčana blizanca ustanoviće da su različite starosti ukoliko je jedan od njih brzo putovao. Ajnštajn je preko noći postao čuveni naučnik i različiti univerziteti su mu ponudili zaposlenje. Ali nešto ga je mučilo: uprkos momentalnoj slavi njegova teorija relativnosti ne uklapa se u ono što znamo o gravitaciji, konkretno o tome kako stvari padaju. On je to shvatio kada je pisao jedan članak u kojem je sumirao svoju teoriju, i počeo je da se pita treba li revidirati zakon „univerzalne gravitacije“, kako ga je formulisao otac fizike lično, Isak Njutn, da bi se on uklopio u novi koncept relativnosti. Bacio se na rešavanje tog problema. Za to će mu biti potrebno deset godina. Deset godina mahnitih studija, pokušaja, grešaka, zbrke, pogrešnih članaka, briljantnih ideja, loše postavljenih zamisli.
Konačno, u novembru 1915, odlučio je da objavi članak sa kompletnim rešenjem: novom teorijom relativnosti koju je nazvao „Opštom teorijom relativnosti“, njegovim remek-delom i„najlepšom teorijom na svetu“, kako je to rekao veliki ruski fizičar Lav Landau.
Postoje apsolutna remek-dela koja nas izuzetno dirnu: Mocartov Rekvijem; Homerova Odiseja; Sikstinska kapela; Kralj Lir. Potpuno razumevanje njihove briljantnosti može da zahteva dugo šegrtovanje, ali nagrada je čista lepota – i ne samo to, već i otvaranje naših očiju za svet iz nove perspektive. Ajnštajnov dragulj, opšta teorija relativnosti, remek-delo je tog nivoa.
( crtež umetnut-autor bloga )
Sećam se koliko sam bio uzbuđen kada sam počeo da shvatam ponešto od nje. Bilo je leto. Nalazio sam se na plaži kod Kondofurija u Kalabriji i čvario se na mediteranskom suncu, na poslednjoj godini univerzitetskih studija. Pošto mu nastava ne odvraća pažnju, čovek najbolje uči na raspustu. Učio sam uz pomoć knjige koju su na ivicama izgrizli miševi, zato što sam je noću koristio kako bih pokrio rupe tih sirotih stvorenja u prilično oronuloj, hipijevskoj kući u umbrijskim brdima, gde sam se povlačio posle tegobnih univerzitetskih predavanja u Bolonji. Malo-malo pa sam podizao pogled sa knjige i gledao u svetlucavo more: činilo mi se da zaista vidim zakrivljenje prostora i vremena koje je Ajnštajn zamišljao. Kao nekom čarolijom: kao da mi je neki prijatelj u uho šapnuo neku izuzetnu skrivenu istinu, najednom podigavši zar stvarnosti, i otkrio jednostavniji, dublji poredak. Još otkad smo otkrili da je Zemlja okrugla i okreće se kao luda čigra, shvatamo da stvarnost nije onakva kakvom nam se ukazuje: kad god načas ugledamo neki njen novi aspekt, to je iskustvo duboko emocionalno. Još jedan zar spadne.
Ali među brojnim skokovima napred u našem razumevanju, koji su sledili jedan za drugim tokom istorije, Ajnštajnov je možda nenadmašan. Zašto?
Ponajpre, zato što kad jednom shvatite kako ona funkcioniše, teorija vas svojom jednostavnošću ostavlja bez daha. Izneću sažetak te zamisli.
Njutn je pokušao da objasni zbog čega stvari padaju i zašto se planete okreću. On je zamislio postojanje „sile“ koja privlači sva materijalna tela jedna drugima, i nazvao je „silom gravitacije“. Kako se ta sila ispoljava između međusobno udaljenih stvari, kada između njih nema ničega, bilo je nepoznato – a veliki otac savremene nauke bio je obazriv i nije iznosio hipotezu za to. Njutn je takođe zamišljao da se tela kreću kroz prostor te da je taj prostor velika prazna posuda, ogromna kutija u kojoj se nalazi svemir, neizmerna struktura kroz koju se svi objekti kreću pravolinijski sve dok neka sila ne natera njihovu putanju da se zakrivi. Od čega se sastoji taj „prostor“, ta posuda za svet koju je Njutn izmislio, on nije umeo da objasni. Ali nekoliko godina pre Ajnštajnovog rođenja, dva velika britanska fizičara Majkl Faradej i Džejms Maksvel dodali su ključni sastojak Njutnovom hladnom svetu: elektromagnetno polje. To polje je stvarni entitet koji, raspršen posvuda, prenosi radio-talase, ispunjava prostor, može da vibrira i oscilira kao površina jezera, i „prenosi“ električnu silu. Ajnštajnje još od mladosti bio fasciniran tim elektromagnetnim poljem koje je okretalo rotore u elektranama sagrađenim rukama njegovog oca, i ubrzo je počeo da shvata kako gravitacija, kao elektricitet, mora takođe da se prenosi nekim poljem: sigurno postoji nekakvo „gravitaciono polje“, analogno „električnom polju“. On se usredsredio na poimanje načina na koji to „gravitaciono polje“funkcioniše, i kako bi se ono moglo opisati jednačinama.
I u tom trenutku mu je sinula izuzetna zamisao, naprosto genijalna: gravitaciono polje nije raspršeno kroz prostor; gravitaciono polje jeste sam taj prostor. To je zamisao opšte relativnosti. Njutnov „prostor“ kroz koji se stvari kreću i „gravitaciono polje“ jedno su te isto.
To je trenutak prosvetljenja. Značajno pojednostavljenje sveta: prostor nije više nešto odvojeno od materije, on je jedna od „materijalnih“ komponenti sveta. Entitet koji se leluja, opruža, krivi, izuvija. Ne nalazimo se unutar nevidljive krute infrastrukture: uronjeni smo u džinovsku elastičnu puževu kućicu. Sunce savija prostor oko sebe, a Zemlja se ne okreće oko njega usled neke tajanstvene sile, već zato što hita pravo kroz prostor koji se naginje, kao kliker koji se kotrlja u levku. Ne postoje tajanstvene sile generisane u centru levka, već se kliker kotrlja zahvaljujući tome što su zidovi zakrivljeni. Planete kruže oko Sunca, a stvari padaju, zato što se prostor krivi.
Kako možemo da opišemo ovo zakrivljenje prostora? Karl Fridrih Gaus, najistaknutiji matematičar devetnaestog veka, takozvani „knez među matematičarima“, napisao je matematičke formule kako bi njima opisao dvodimenzionalne krivolinijske površine, poput površina brda. On daje zatražio od jednog svog nadarenog studenta da generalizuje tu teoriju tako da ona obuhvati i prostore u tri ili više dimenzija. Dotični student, Bernard Riman, izradio je impresivnu doktorsku tezu koja se činila potpuno beskorisnom. Rezultat Rimanove teze bilo je to da svojstva zakrivljenog prostora hvata poseban matematički objekt koji danas poznajemo kao Rimanovo zakrivljenje, i obeležavamo ga slovom „R“. Ajnštajn je napisao jednačinu koja kaže da je R jednako energiji materije. To će reći: prostor se krivi tamo gde je materija. I to je to. Jednačina staje u pola reda ničeg više nema. Vizija – da se prostor krivi – pretvara se u jednačinu.
Ali unutar te jednačine ključa čitav svemir. I tu se čarobno bogatstvo teorije otvara u fantazmagorični sled predviđanja koja podsećaju na ludačko bulažnjenje u delirijumu, ali se za sva ispostavilo da su istinita.
Za početak, jednačina opisuje to kako se prostor krivi oko zvezde. Zahvaljujući tom zakrivljenju, ne samo što planete kruže oko zvezde već i svetlost prestaje da se kreće pravolinijski i skreće. Ajnštajn je predskazao da Sunce dovodi do skretanja svetlosti. Godine 1919. to skretanje je bilo izmereno, a predviđanje potvrđeno. Ali ne krivi se samo prostor; to važi i za vreme. Ajnštajn je predskazao da vreme brže prolazi visoko gore, bliže Suncu, nego dole, bliže Zemlji. To je izmereno i ispostavilo se da je baš tako. Ako se neko ko je živeo na nultoj nadmorskoj visini sretne sa svojim blizancem koji je živeo u planinama, ustanoviće da je njegov blizanac malo stariji od njega. A to je tek početak.
Kada velika zvezda sagori svu svoju zapaljivu supstancu (vodonik), ugasi se. Ono što preostane više ne podržava toplota sagorevanja, pa se ruši pod sopstvenom težinom do tačke u kojoj krivi prostor u tolikom stepenu da se strmoglavi u pravu-pravcatu rupu. To su čuvene „сrnе rupe“. Kad sam ja studirao, one su se smatrale jedva kredibilnim predviđanjima ezoterične teorije. Danas se posmatraju na nebu u stotinama, i astronomi ih podrobno proučavaju.
Ali ovo još nije sve. Čitav svemir može da se širi i skuplja. Štaviše, Ajnštajnova jednačina pokazuje da svemir ne može da miruje; on mora da se širi. Godine 1930. širenje svemira je zapravo i primećeno. Ista jednačina predviđa da je širenje trebalo da bude započeto eksplozijom mladog, izuzetno malog i krajnje vrelog univerzuma: onim što danas poznajemo kao „Veliki prasak“. I opet, to isprva niko nije verovao, ali dokazi su se gomilali sve dok kosmičko pozadinsko zračenje – difuzni sjaj koji preostaje za toplotom generisanom prvobitnom eksplozijom – nije zaista primećeno na nebu. Ispostavilo se da je predviđanje sadržano u Ajnštajnovoj jednačini bilo tačno. I još više od toga, teorija tvrdi da se prostor kreće kao površina mora. Posledice tih „gravitacionih talasa“ primetne su na nebu u binarnim zvezdama i odgovaraju predviđanjima teorije zapanjujuće precizno, do jednogstomilionitog dela. I tako dalje.
Ukratko, teorija opisuje živopisan i neverovatan svet u kojem svemiri eksplodiraju, prostor se ruši u rupe bez dna, vreme tone i usporava blizu planete, a nesputana proširenja međuzvezdanog prostora mreškaju se i nadimaju kao površina mora... A sve to, što je postepeno ispuzalo iz moje knjige koju su izgrickali miševi, nije bila pripovest nekog kretena u napadu ludila, niti halucinacija koju su izazvali vrelo mediteransko sunce Kalabrije i njeno zaslepljujuće more. Bila je to stvarnost.
Ili još bolje, pogled na stvarnost, malo manje zastrtu nego kad je posredi naš nejasan i banalan svakodnevni pogled na nju. Stvarnost koja je izgleda napravljena od istog onog od čega su napravljeni naši snovi, ali je svejedno stvarnija nego naše zamagljeno svakodnevno snevanje.
Sve je to rezultat elementarne intuicije: da su prostor i gravitaciono polje jedno te isto. A što se tiče jednostavne jednačine, ne mogu da odolim da je ovde ne prikažem, premda je gotovo izvesno da nećete moći da je dešifrujete. Možda će neko ko ovo čita ipak moći da se divi njenoj čudesnoj jednostavnosti:
Rab – ½ R gab = Tab
I to mu je to.
Naravno, trebalo bi da proučite i svarite Rimanovu matematiku kako biste ovladali tehnikom čitanja i primene ove jednačine. Potrebno je za to malo predanosti i truda. Ali manje nego što je neophodno da naučite da cenite uzvišenu lepotu poznog Betovenovog gudačkog kvarteta. U oba slučaja, nagrada je čista lepota, i potpuno novi pogled na svet.
Нема коментара:
Постави коментар