Leon Lederman, Dick Teresi - Boska cząstka.pdf

(1789 KB) Pobierz
Leon Lederman,
Dick Teresi
BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?
1. DRAMATIS PERSONAE
Atomos lub a-tom - cząstka wymyślona przez Demokryta. A-tom, niewidoczny i
niepodzielny, jest najmniejszym elementem materii. Nie należy go mylić z tak zwanym atomem
chemicznym, będącym jedynie najmniejszą porcją każdego pierwiastka (wodoru, węgla, tlenu itd.).
Elektron - pierwszy a-tom, odkryty w 1898 roku. Elektron ma przypuszczalnie, podobnie
jak wszystkie pozostałe a-tomy, zerowy promień. Należy do rodziny leptonów.
Kwark - kolejny a-tom. Istnieje sześć rodzajów (tak zwanych zapachów) kwarków. Każdy z
sześciu kwarków występuje w trzech kolorach. Tylko dwa rodzaje kwarków: u górny i d dolny,
istnieją naturalnie w dzisiejszym Wszechświecie.
Neutrino - a-tom należący do rodziny leptonów. Występuje w trzech odmianach. Nie jest
cegiełką materii, ale odgrywa kluczową rolę w niektórych reakcjach. Bije wszelkie rekordy w
minimalizmie: ma zerowy ładunek, zerowy promień i (wedle wszelkiego prawdopodobieństwa)
zerową masę.
Mion i taon - leptony te są znacznie cięższymi kuzynami elektronu.
Foton, grawiton, rodzina W +, W - i Z 0 oraz gluony - są to cząstki, ale nie cząstki materii
jak kwarki i leptony. Przenoszą oddziaływania: elektromagnetyczne, grawitacyjne oraz jądrowe -
słabe i silne. Jak dotąd wykryto wszystkie z nich oprócz grawitonu.
Pustka - nicość. Wymyślona także przez Demokryta. Jest przestrzenią, w której poruszają
się a-tomy. Współcześni teoretycy zaśmiecili ją całym mnóstwem wirtualnych cząstek i różnych
innych rupieci. Obecnie stosuje się nazwy „próżnia”, a niekiedy „eter” (zob. niżej).
Eter - wymyślony przez Isaaca Newtona, powtórnie wprowadzony do nauki przez Jamesa
Clerka Maxwella. Eter to jest to, co wypełnia pustą przestrzeń Wszechświata. Skrytykowana i
odrzucona przez Alberta Einsteina, koncepcja eteru obecnie powraca w postaci próżni zaśmieconej
teoretycznie istniejącymi cząstkami.
Akcelerator - urządzenie służące do zwiększania energii cząstek. Ponieważ E = mc2 ,
akcelerator sprawia także, że cząstki stają się cięższe.
Eksperymentator - fizyk, który robi doświadczenia.
Teoretyk - fizyk, który nie robi doświadczeń.
Oraz
Boska Cząstka
(znana również jako cząstka Higgsa, bozon Higgsa,
skalarny bozon Higgsa lub, po prostu, Higgs).
2. Niewidoczna piłka nożna
Nie istnieje nic oprócz atomów i pustej przestrzeni; wszystko poza tym jest opinią.
DEMOKRYT Z ABDERY
N a samym początku była próżnia; dziwny rodzaj pustki, nicość nie zawierająca przestrzeni,
czasu ani materii, żadnego światła ni dźwięku. Lecz prawa przyrody były już gotowe, a owa dziwna
pustka kryła w sobie potencjał. Jak ogromny głaz na wierzchołku wyniosłej skały...
Chwileczkę.
Zanim głaz runie, powinienem wyjaśnić, że tak naprawdę nie bardzo wiem, o czym mówię.
Wprawdzie każde opowiadanie powinno zaczynać się od początku, ale to jest opowiadanie o
Wszechświecie i, niestety, nie mamy żadnych informacji o tym, co się działo na Samym Początku.
Zupełnie żadnych, zero. Aż do momentu, kiedy Wszechświat osiągnął dojrzały wiek trylionowej
części sekundy, czyli wkrótce po stworzeniu w akcie Wielkiego Wybuchu, nic o nim nie wiemy.
Kiedy czytasz lub słyszysz coś na temat narodzin Wszechświata, bądź pewny, drogi Czytelniku, że
autor zmyśla. Filozofowie mają prawo snuć domysły, lecz tylko Bóg wie, co się zdarzyło na
Samym Początku, i - jak dotąd - skutecznie strzeże swej tajemnicy.
Ale na czym to stanęliśmy? Ach, tak...
Jak ogromny głaz na wierzchołku wyniosłej skały... Równowaga pustki była równie krucha:
wystarczyło najlżejsze zaburzenie, aby spowodować zmianę; zmianę, z której narodził się
Wszechświat. I stało się. Nicość eksplodowała. W potoku początkowej światłości stworzone zostały
przestrzeń i czas.
Z uwolnionej wtedy energii wyłoniła się materia - gęsta plazma cząstek, które
przekształcały się z powrotem w promieniowanie i znów stawały się materią. (Tu przynajmniej
mamy już do czynienia z kilkoma faktami i spekulatywną teorią). Cząstki zderzały się ze sobą i
dawały początek nowym cząstkom. Czas i przestrzeń wrzały i pieniły się, podczas gdy czarne
dziury tworzyły się i znikały. Co za widok!
W miarę jak Wszechświat rozszerzał się i stygł, stawał się także coraz rzadszy. Formowały
się cząstki i różnicowały oddziaływania. Powstawały protony i neutrony, potem jądra atomowe i
atomy oraz wielkie obłoki pyłu, które - wciąż się rozszerzając - zagęszczały się lokalnie to tu, to
tam; w ten sposób tworzyły się gwiazdy, galaktyki i planety. Na jednej z planet - na zupełnie
zwykłej planecie, krążącej wokół przeciętnej gwiazdy, która jest maleńkim punktem w spiralnym
ramieniu typowej galaktyki - wyodrębniły się wyniosłe kontynenty i spienione oceany. W oceanach
zachodziły reakcje organiczne, powstały białka i zaczęło się życie. Z prostych organizmów drogą
ewolucji powstały rośliny i zwierzęta, aż wreszcie pojawiły się istoty ludzkie.
Ludzie wyróżniali się spośród innych istot żywych głównie tym, że byli ogromnie
zainteresowani swoim otoczeniem. Z czasem mutacje doprowadziły do tego, że na Ziemi pojawił
się dziwny rodzaj ludzi. Zachowywali się zuchwale. Nie zadowalało ich podziwianie wspaniałości
świata. Pytali: „jak?” Jak został stworzony Wszechświat? Jak to, z czego jest zrobiony, może być
odpowiedzialne za całe niewiarygodne bogactwo naszego świata: gwiazdy, planety, wydry, oceany,
rafy koralowe, światło słoneczne, ludzki mózg? Tylko dzięki pracy oraz poświęceniu setek pokoleń
mistrzów i uczniów można było znaleźć odpowiedź na pytania stawiane przez mutantów. Wiele
odpowiedzi było błędnych czy wręcz żenujących. Na szczęście jednak mutanci nie znali uczucia
wstydu. Tych mutantów zwiemy fizykami.
Dziś, po dwóch tysiącach lat roztrząsania tego pytania - w kosmologicznej skali czasu jest to
zaledwie mgnienie oka - zaczynamy pojmować całość historii stworzenia. W naszych teleskopach i
mikroskopach, w obserwatoriach i w laboratoriach - i na kartkach naszych notatników - zaczynamy
dostrzegać zarys pierwotnego piękna i symetrii, które panowały w pierwszych chwilach istnienia
Wszechświata. Już prawie je dostrzegamy, choć obraz nie jest jeszcze wyraźny. Czujemy, że coś
utrudnia nam widzenie - jakaś nieznana siła, która zamazuje i skrywa wewnętrzną prostotę naszego
świata.
Jak działa Wszechświat?
O powieść ta poświęcona jest pewnemu zagadnieniu, które zaprzątało naukę od czasów
starożytnych: czym są elementarne cegiełki materii? Grecki filozof Demokryt najmniejszą cząstkę
materii nazwał atomos (co dosłownie znaczy „niemożliwy do podzielenia”). Nie chodzi tu o te
atomy, o których uczą na lekcjach chemii: wodór, hel, lit i inne, aż do uranu i jeszcze dalej. Wedle
dzisiejszych kryteriów (i według kryteriów Demokryta) atomy to duże i niezgrabne twory. Dla
fizyka, a i dla chemika także, taki atom to prawdziwy śmietnik pełen mniejszych cząstek:
elektronów, protonów i neutronów. Z kolei protony i neutrony są jak gdyby wiaderkami pełnymi
jeszcze innych stworków. Dlatego podstawowym składnikiem materii jest a-tom Demokryta, a nie
atom nauczyciela chemii.
Materia, którą widzimy dziś wokół siebie, jest złożona. Istnieje około stu chemicznych
atomów. Można obliczyć liczbę użytecznych kombinacji tych atomów - jest ona ogromna: miliardy
miliardów. Niektóre rodzaje układów atomów, zwane cząsteczkami, natura wykorzystała do
budowy planet, słońc, gór, wirusów, gotówki, aspiryny, agentów literackich i innych pożytecznych
rzeczy. Ale nie zawsze tak było. W najwcześniejszych momentach, tuż po stworzeniu
Wszechświata w Wielkim Wybuchu, nie istniała złożona materia, jaką znamy obecnie. Nie było
żadnych jąder, żadnych atomów, niczego, co składałoby się z prostszych składników. A to dlatego,
że straszliwa temperatura panująca w nowo narodzonym Wszechświecie nie pozwalała na
formowanie się żadnych złożonych obiektów. Jeśli takie powstawały w wyniku zderzeń,
natychmiast z powrotem ulegały rozkładowi na najbardziej elementarne składniki. Istniał wtedy
zapewne jeden rodzaj cząstek i jedno oddziaływanie (a może nawet jedno zunifikowane cząstko-
oddziaływanie) oraz prawa fizyki. W tej pierwotnej jedności tkwiły zarodki złożoności świata, w
którym na drodze ewolucji pojawili się ludzie, możliwe, że przede wszystkim po to, by myśleć o
tych sprawach. Ten pierwotny Wszechświat może się komuś wydać nudnym, ale dla fizyka cząstek
elementarnych - to były czasy! Cóż za prostota i piękno, nawet jeśli tylko mgliście i niedoskonale
potrafimy je sobie wyobrazić.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin