Svuda oko nas dokle nam pogled doseže nalazi se hiljade triliona milijardi objekata. Možda ovaj broj nije pravilno i najpametnije napisan, ali shvatate: ima mnooogo tela svuda oko nas, naročito na nebu. Na nebu vidimo galaksije, planete, satelite, zvezde, a znamo da su tu negde i crne rupe i magline i oblaci gasova. Od čega je sve to? Fizičari govore da je svet, bar što se sastavnih dolova tiče, mnogo jednostavniji nego što nam se na prvi pogled učini.
U nedavnom razgovoru između proslavljenih naučnika Brajana Koksa i Nila deGrasa Tajsona, ova ideja je došla u prvi plan. Oni su razotkrili kako je naše fundamentalno razumevanje stvarnosti svedeno na iznenađujuće mali broj osnovnih "sastojaka" i pravila. Spremite se da odbacite sve što ste mislili da znate o složenosti, jer ćemo vas provesti kroz otkrića koja svode čitav kosmos na šačicu fundamentalnih istina.
- Vi, ja i sve što poznajemo sastavljeni smo od samo tri čestice
U školi učimo o atomima, koji se sastoje od protona, neutrona i elektrona. To zvuči kao osnova svega, ali priča ide mnogo dublje. Kako je Brajan Koks objasnio, protoni i neutroni zapravo nisu fundamentalne, nedeljive čestice.
Oni su sačinjeni od još manjih komponenti koje se nazivaju kvarkovi. Konkretno:
- Proton se sastoji od dva "up" kvarka i jednog "down" kvarka.
- Neutron se sastoji od dva "down" kvarka i jednog "up" kvarka.
Kada ovo uzmemo u obzir, slika postaje neverovatno jednostavna. Sva materija koju vidimo i od koje smo sačinjeni – naša tela, planeta, zvezde – u suštini je izgrađena od samo tri fundamentalne čestice: up kvarka, down kvarka i elektrona. Svaka supstanca, od gvožđa u vašoj krvi do helijuma u srcu zvezde, nije ništa drugo do drugačija simfonija komponovana od samo tri note: "up" kvarka, "down" kvarka i elektrona.
- Greška iz 20. veka: Kako je 'zoološki vrt' čestica zbunio najveće umove
Ova neverovatna jednostavnost (praktično samo tri čestice!) deluje kao moderno otkriće, ali put do nje bio je haotičan. Sredinom 20. veka, fizičari su se suočavali sa suprotnim problemom: eksperimenti u akceleratorima otkrivali su desetine novih čestica sa čudnim imenima, stvarajući ono što je postalo poznato kao "zoološki vrt čestica". Činilo se da univerzum postaje sve komplikovaniji, a ne jednostavniji.
Nil deGras Tajson je podelio anegdotu o tome kako je jednom prilikom u liftu suočio legendarnog fizičara Stivena Vajnberga sa ovim problemom, pitajući ga kako može da živi sa tolikom složenošću. Vajnbergov odgovor je bio dubok i promenio je perspektivu cele fizike.
"Nije važno koliko čestica postoji, već koliko zakona imamo da ih sve opišemo."
Kasnije je otkriveno da većina čestica iz tog "zoološkog vrta" uopšte nije bila fundamentalna. Bile su to, slično protonima i neutronima, samo različite kombinacije osnovnijih kvarkova. Prividna složenost bila je samo iluzija.
- Postoji misteriozan obrazac: Samo 12 osnovnih gradivnih blokova
Rešenje misterije "zoološkog vrta" čestica bilo je shvatanje da su te čestice bile samo kombinacije kvarkova. Ali to je otkrilo još dublji, uređeniji obrazac: priroda ne koristi samo "up" i "down" kvarkove. Te tri čestice od kojih smo sačinjeni (up kvark, down kvark, elektron) pripadaju onome što fizičari nazivaju "prva generacija" materije. Pored njih, postoje još dve, teže "kopije" koje su po svemu identične, osim po masi.
Brajan Koks je predstavio kompletnu sliku od 12 fundamentalnih čestica materije, organizovanih u tri generacije:
- Prva generacija: Up kvark, Down kvark, Elektron, Elektronski neutrino. (Ovo čini svu stabilnu materiju u univerzumu.)
- Druga generacija: Charm kvark, Strange kvark, Mion, Mionski neutrino.
- Treća generacija: Top (ili Truth) kvark, Bottom (ili Beauty) kvark, Tau, Tau neutrino.
Fascinantno je to što fizičari ne znaju zašto postoje tačno tri generacije. Ovaj obrazac podseća na Mendeljejevljev periodni sistem elemenata. On je video obrazac u hemijskim svojstvima elemenata, ali nije znao zašto taj obrazac postoji. Tek je otkriće atomske strukture (protona, elektrona) dalo odgovor. Slično tome, mi danas vidimo obrazac tri generacije čestica, što nam govori da postoji dublja, još neotkrivena fizika koja ga objašnjava.
- Najveća tajna univerzuma otkrivena je za života vaših baba i deda
Jedan od najneverovatnijih aspekata ovog znanja jeste koliko je ono zapravo mlado. Zamislite, u trenutku kada su vaši prababe i pradede rođeni, najveći umovi planete su se još uvek raspravljali da li atomi uopšte postoje. Neutron, ključna komponenta jezgra atoma, otkriven je tek 1930-ih godina. Čitav okvir kvantne mehanike razvijen je pre nego što se za neutron i znalo.
Ovo fundamentalno znanje je staro jedva stotinak godina, što ga stavlja unutar "živog sećanja za neke ljude". U samo jednom ljudskom veku, prešli smo put od te fundamentalne nesigurnosti do mapiranja unutrašnje strukture protona. To nije samo napredak; to je vrtoglavi sprint u srce stvarnosti.
Zaključak: Elegantna jednostavnost
Putovanje od verovanja u beskrajnu složenost do otkrića fundamentalne jednostavnosti jedna je od najvećih priča u istoriji nauke. Ispod haosa i raznolikosti koje vidimo oko sebe, univerzum funkcioniše po elegantnom i iznenađujuće malom setu pravila i sa šačicom osnovnih gradivnih blokova.