PRIČA SA NASLOVNE STRANE

Pripremio: Miloslav Rajković

Velike, okrugle godišnjice su džinovski reflektori koji obasjavaju prelomne događaje u društvu, nauci, umetnosti, verovanju. Međunarodna godina fizike (pod pokrivetljstvom Ujedinjenih nacija) ili Svetska godina fizike (predlog Evropskog društva fizičara) je nesporno takav jubilej: osmatračnica sa koje se širokim pogledom obuhvata put od antičkih vremena do današnjih napora istraživača da objasne postanak svemira, zasnuju kvantnu teoriju gravitacije ili proizvedu atom antivodonika. Svetkovina u slavu 1905, «čudotvorne godine» Alberta Ajnštajna, koja koincidira sa slavljenjem četiri veka od pojave Servantesovog Don Kihota, klasičnog dela lepe književnosti, za Dostojevskog, „najveće i najtužnije knjige na svetu“. Ne stoji li, uostalom, na Nobelovoj medalji stih iz Vergilijeve Eneide na francuskom: «Qu' il est bon de cultiver la vie a travers les science et les arts.

Albert Anstšajn

Annus mirabilis Alberta Ajnštajna je izmenila naš pogled na prostor i vreme i otvorila put trijumfu fizike u dvadesetom stoleću. Bio je to prvi veliki korak koji je anticipirao potonja otkrića. Drugi je kvantna teorija, sa kojom je fizika ušla u finu strukturu materije, u svet mikro pojava. Trijumf fizike možda odveć sportski zvuči, ali taj izraz savršeno izražava suštinu onoga što se događalo na naučnom polju. Tom trijumfu najveći doprinos dali su: Maks Plank, Albert Ajnštajn, Nils Bor, Verner Hajzenberg, Ervin Šredinger, Pol Dirak, Volfgang Paulin, Enriko Fermi, Lav Davidovič, Ričard Fajnman, Tomonago, od javnosti skrajnuti atomista Kurčatov...

- Ima mnogo toga čime je fizika doprinela čovečanstvu, ali ljudi to često zanemariju i ne razmišljaju o tome. Uzmimo kompjuter, proizvod fizike preko otkrića tranzistora pedesetih godina prošlog veka. Sav napredak tehnike i tehnologije zasnovan je na zakonima fizike – kaže običnim rečima dr Milutin Blagojević, naučni savetnik Instituta za fiziku i redovni profesor Fizičkog fakulteta u Beogradu.

Nije fizika postala značajna u jednom trenutku. Istorija fizike, veli, svojim korenima seže do starih grčkih mislilaca, matematičara i astronoma. Setimo se ideje o pokretnoj Zemlji pitagorejca Filolaja i Aristotela koji «logičnim argumentima» dokazuje da ona miruje a teža tela brže padaju nego lakša. Crkva je zadugo bila konzervirala naučno mišljenje a pitanja položaja Zemlje, Sunca, našeg mesta u kosmosu tabu tema. Bruno je spaljen zato što u Večeri na pepeljastu sredu piše da se Zemlja kreće i «sve stvari što su na njoj». Galilej je izmakao inkvizitorskoj lomači odrčući se pred smrt svog učenja. Pa ipak, on je zaslužio da ga zovemo ocem moderne fizike, sa njim fizika postaje naučna disciplina. Ali novija istorija fizike je tačno počela devetsto pete.

Čudotvorna godina

Kakva je bila situacija u fizici početkom dvadesetog veka? Zašto je priroda, koja po mudroj Senekinoj reči «ne otkriva svoje tajne odjednom i svima», jednom čoveku dala da, takoreći odjednom, iznese na svetlost dana stvari koje je tako dugo skrivala? «Dotad poznata, klasična fizika je obuhvatala Njutnovu mehaniku, statističku fiziku i elektrodinamiku, teoriju električnih i magnetnih polja. Fizičari su znali da opisuju velike statističke sisteme, otkrili su i većinu ključnih pojmova (ali nisu znali da ih povežu) potonjih fundamentalnih teorija i smatrali da je ostalo malo posla pa uskoro neće imati šta da rade. To «malo» je, npr., bio problem koji je Plank, 1900, postavio u vezi sa delićima svetlosti (fotonima)», kaže naš sagovornik.

A onda je došla 1905! Čudotvorna godina. Čudo i čudotvorstvo nisu naučni pojmovi. Čudotvori sam Bog. Čuda čine starozavetni Mojsije i novozavetni Spasitelj. Čudotvorne su ikone Bogorodice i svetih. Ali ovde je reč o jednom još anonimnom mladom naučniku, službeniku Patentnog zavoda u Bernu. Kako je Bog stvorio ovaj svet je njegova misao vodilja u naučnom radu. «Ne interesuje me ova ili ona pojava u spektru ovog ili onog elementa. Hoću da znam njegove misli, ostalo su detalji», govorio je. Da bi istakli veličinu i značaj Ajnštajnovih otkrića njegovi biografi i istoričari fizike su morali da zavire u bogoslovski rečnik (John Stachel et al., Einsteins's ,Miraculous Year, 1998; Jurgen Renn/Dieter Hoffmann, 1905 – a miraculous year, 2005).

Albert Ajnštajn te godine živi sa suprugom Milevom Marić u Bernu, Kramgase 49. Iz ovog stana Vilhelmu Vinu, uredniku Annalen der Physik, vodećeg nemačkog časopisa za fiziku, Ajnštajn šalje tri rada, a Univerzitetu u Cirihu doktorsku disertaciju. Prvi, O jednoj heurističkoj tački gledišta emisije i transformacije svetlosti», Ajnštajn potpisuje 17. marta (tri dana posle 26. rođendana), drugi, O kretanju sitnih čestica raspršenih u stacionarnoj tečnosti na osnovu molekularno-kinetičke teorije toplote, završio je 11. maja, a 30. juna rad O elektrodinamici tela u kretanju. Sva tri rada su objavljena u 17. broju Anala, koji je, kaže jedan Ajnštajnov srpski biograf, «bibliografska retkost, čija se cena davno popela na nekoliko hiljada dolara» (nikada ranije jedan autor «nije u jednom tomu objavio tri istorijska rada»). Posle odmora u Srbiji (Novi Sad, Kać, Titel, Beograd), Ajnštajn je iz novog stana u Tarnerštrase, 27. septembra, poslao Vinu i četvrti rad Da li inercija tela zavisi od njegove energije (objavljen u 18. svesci).

Metju Čalmers, urednik Physics World, napisaće u opsežnom članku početkom Međunarodne godine fizike: «Većina fizičara bi bila srećna da napravi jedno otkriće, dovoljno važno da se na njemu uče buduće generacije studenata fizike. Samo mali broj uspeva u tome a tek poneko nađe mesto u knjigama. Ali Ajnštajn se razlikuje od svih. Za nešto više od osam meseci 1905. završio je pet radova koji su zauvek promenili svet. Spajajući tri sasvim nepovezane teme – relativnost, fotoelektrični efekat i Braunovo kretanje – Ajnštajn je preokrenuo naše viđenje prostora i vremena, pokazujući da to nije dovoljno da se svetlost opiše prosto kao talas, i postavio osnove otkriću atoma».

Fizička intuicija

Ajnštajnovi radovi nisu bili zasnovani ni na «tvrdoj eksperimentalnoj očiglednosti» ni na «sofisticiranoj matematici». On je svoje «elegantne argumente i zaključke» bazirao na «fizičkoj intuiciji». Gerard Toft sa Univerziteta u Utrehtu (Holandija), dobitnik Nobelove nagrade 1999. za rad na polju kvantne teorije, ovako je to objasnio: «Niko u to vreme nije radio na način na koji je Ajnštajn radio. Dirak, Fermi, Fajnman i drugi su takođe mnogostruko doprineli razvoju fizike, ali jedino je Ajnštajn učinio da svet shvati, prvi put, da čista misao može promeniti naše razumevanje prirode».

-Deo problema o kojima je Ajnštajn raspravljao je već bio identifikovan. Drugi deo je bezmalo bio nov, smislio ih je ni iz čega, dok je radio u Patentnom zavodu. To mu je bio hobi – kaže Milutin Blagojević, specijalista za relativnost i gravitaciju. Rad o Braunovom kreteanju rešava problem koji se najpre pojavio u biologiji, ali ga je Aijnštajn rešio statistički: pratio je kretanje čestica a ne jedne čestice i video da se one sudaraju. Ako znamo neke statističke osobine, možemo nešto da kažemo i o samim česticama (molekulima), a da ih ne vidimo (još nije bilo moćnih mikroskopa). Ovaj metod je postao značajan za razvoj fizike u narednih dvadeset godina.

Rad o foto efektu ima veze sa Plankovim zanimanjem za prirodu svetlosti. Da bi objasnio zračenje «crnih tela» Plank je morao da pretpostavi da postoje «neke diskretne porcije energije» koje prenose deliće svetlosti, za koju se dotad smatralo da je talasne, kontinualne prirode. Profesor Blagojević veli da je još Njutn zaključio da je svetlost korpuskularna, ali ta ideja tada nije bila lako prihvatljiva. Faradej i Maksvel, teoretičari elektrodinamike, opisivali su svetlost kao kontinium talasa. «To je bilo toliko uverljivo da nije bilo mesta nikakvoj sumnji i Plank je sasvim slučajno došao do nove (kvantne)) hipoteze. Ajnštajn je analizom eksperimenata zaključio da se svetlost sastoji od fotona i da se ona pojavljuje u sudaru dve ili više čestica. On je zapazio da je potrebna minimalna energija da bi se dobilo zračenje. Rezultat je objasnio pretpostavkom da je svetlost čestične prirode. Bilo je to jednostavno i jasno objašnjenje. Ajnštajn je za ovaj rad dobio Nobelovu nagradu 1921, ali je smatrao da je priznanje pre zaslužila teorija relativnosti. Nobelov komitet je ocenio da se ona «u biti odnosi na epistemologiju» i da je više filozofska nego naučna stvar. Pojedinci su čak tvrdili da ni specijalna ni opšta teorija relativnosti «nisu vredne nagrade» (A. Galstron).

Put sumnje i uspeha

Alberta Ajnštajna svet pamti po specijalnoj i opštoj teoriji relativnosti. Profesor Milutin Blagojević je na beogradskoj konferenciji posvećenoj teoriji relativnosti u zapaženom predavanju Od Galileja do Ajnštajna – put sumnje i uspeha izložio značaj ideja o fizičkoj prirodi kretanja, prostora i vremena na zasnivanje ovih teorija. Galilej je znao za princip relativnosti, kaže ovaj fizičar. U Dijalogu (1632) Galilej je izložio stav da kretanje Zemlje ne može uočiti posmatrač na Zemlji, koji se zajedno s njom kreće. Tvrdio je da je za posmatranje svejedno da li se nalazimo na nekoj stajnoj tački ili na brodu koji se kreće. Prema principu relativnosti, ako imamo brod koji se udaljava i putnika koji se kreće po palubi broda, posmatrač može da izmeri brzinu putnika koji se kreće sabiranjem brzine broda i putnika u odnosu na brod.

Razvoj elektrodinamike u XIX veku je doveo do otkrića konstantnosti brzine svetlosti, bez obzira na kretanje izvora ili kretanje posmatrača : c' = c, što je protivrečilo zakonu sabiranja brzina. Taj problem se u naročito oštroj formi postavio početkom dvadesetog stoleća i Ajnštajn ga je rešio teorijom relativnosti. On je prihvatio konstantnost brzine svetlosti i Galilejev princip relativnosti, kao pravi fizički zakon koji jedanko važi u klasičnoj mehanici i u elektrodinamici, a zakon sabiranja brzina ostavio postrani. Ajnštajn je smatrao da je ovaj zakon tačan kada su u pitanju male brzine, ali se u slučaju velikih brzina drastično menja. Ova dva naizgled protivrečna zahteva Ajnštajn je razrešio tako što je umesto nezavisnog prostora i vremena uveo novu strukturu prostor-vreme zasnovanu na nepromenjivosti brzine svetlosti i novoj formulaciji načela relativnosti (Lorencove transformacije).

«Prostor i vreme u ovom slučaju više nisu nezavisne veličine, već međusobno povezane. Časovnik koji stoji na nekom mestu neće otkucavati vreme nezavisno od prostora. Iz te nove koncepcije sledi niz paradoksa, ali ono što je izazivalo najviše znatiželjnosti tada, a i danas, nije zakon sabiranja brzina, nego činjenica da je morala da se promeni stara slika o prostoru i vremenu. Tako je nastala specijalna teorija relativnosti, nova teorija o prostoru i vremenu, u čijoj osnovi je trasformacija prostora i vremena u jedan objekat, prostor-vreme. Mehanizam te transformacije je neposredno povezan sa uopštenjem principa relativnosti na svetlosne pojave, sažima čitav problem prof. Blagojević.

Specijalnu teoriju relativnosti karakteriše niz «paradoksa» i «komplikacija». Prema novoj slici prostora i vremena, časovnik koji otkucava vreme ne čini to nezavisno od prostora u kome se nalazi. Ako je časovnik udaljen od događaja, vreme koje pokazuje treba korigovati za vreme kretanja signala od događaja do časovnika. Konstantnost brzine svetlosti je moguća samo ako je istovremenost relativna. Tako dolazimo do još nekih paradoksa: kontrakcija dužine pri merenju pokretnog objekta (primer štapa) ili već klasičan primer braće blizanaca.

Najčuvenija jednačina

Jednačina «koja je promenila svet» E = mc2, u poslednjem radu iz 1905, posledica je novog shvatanja prostora i vremena. Njen smisao, prepričan običnim jezikom, kaže da svaka masa u sebi nosi energiju. Energija, dakle, nije samo sadržana u kretanju. Kugla koja se kreće i kugla koja miruje imaju energiju. Ajnštajn je pronašao formulu kojom je izračunao kolika je ta energije», kaže Milutin Blagojević. «Dugo se posle otkrića za najčuveniju Ajnštajnovu formulu mislilo da je samo teorijska igra. Ali kada je dvadesetih godina stvorena kvantna teorija naučnici su počeli razmišljati da li se na osnovu ove jednačine može izvući energija iz atoma. To im je uspelo tek u Drugom svetskom ratu (stvaranje atomske bombe)».

Atomska bomba je jedna tragična posledica Ajnštajnove formule. Principi ovog efekta bili su poznati nemačkim naučnicima u nacističkoj eri. Hajzenberg je bio uključen u stvaranje nemačke atomske bombe. Ajnštajn je u prvom trenutku (pismo Ruzveltu), zbog preteće opasnosti takvog oružja u Hitlerovim rukama, smatrao da atomsku bombu treba napraviti. Ali, kada je prva bomba pala na Hirošimu on se pokajao, kao uostalom i mnogi drugi koji su radili na tom projektu. Šef projekta «Menhetn distrikt», Robert Openhajmer i sradanici su doživeli to kao «moralni udarac». Blagojević kaže: «Fizika je poslužila nečemu što nije bila prvobitna ideja i naučnici su se osećali odgovornim».

Ali, Ajnštajnova jednačina ima i drugih, pozitivnih efekata, koji su menjali svet. Nuklerane centrale, na primer. Kod ljudi postoji otpor prema nuklearnim centralama, jer se misli da su one latentna opasnost. To je tačno ako imamo u vidu da oni koji ih opslužuju prave greške. Sa čisto fizičkog gledišta u njima nema tajni. Drugo je pitanje da li se postupa po propisima. Danas se ipak bezbedno rukuje centralama na nuklearni pogon. Najveća količina energije u Francuskoj dobija se iz nuklearki. «Kolike su još rezerve nafte ne znamo sasvim tačno, ali danas se ne vidi druga mogućnost za dobijanje energije», konstatuje naš sagovornik. Opasku da bi alternativni izvor mogla nekog dana biti antimaterija komentariše protivopaskom: «Stvaranje energije iz elektrona i pozitrona takođe se odvija po Ajnštajnovoj jednačini. Ona daje odgovor i na pitanje odakle Suncu tolika energija. Uobičajeni mehanizmi stvaranja energije ne mogu da objasne energiju koja dolazi sa Sunca, već milijardama godina. Njen nastanak razumemo tek kao nuklearni proces u skladu sa Ajnštajnovom jednačinom». Ima li kraja Sunčevoj energiji?, pitamo. «Ima, po svemu što fizika zna. Tu, već, čovek ne zna šta da kaže».

Kako je došlo do opšte teorije relativnosti?

U već navođenom predavanju, profesor Blagojević kaže da se STR zasniva na «novom, Ajnštajnovom principu relativnosti, u kome je odnos inercijalnih referentnih sistema opisan Lorencovim transformacijama». Uzmimo dve laboratorije: one se jedna u odnosu na drugu kreću konstantnom brzinom, fizički zakoni i u jednoj i u drugoj su isti. Ajnštajn je sada postavio pitanje šta će biti ako se jedna laboratorija kreće sve brže i brže. Kakva je uloga ubrzanih referentnih sistema u formulisanju fizičkih zakona? U odgovoru na ovo pitanje moramo se opet vratiti Galileju, koji je znao da sva tela u gravitacionom polju Zemlje padaju sa istim ubrzanjem, nezavisno od svojih masa (princip ekvivalencije). Postoji legenda da je Galilej taj eksperiment izveo na krivom tornju u Pizi. Ali niko tada nije znao zašto je to saznanje značajno.

Princip uopštavanja

To što je znao Galilej iskoristio je tek Ajnštajn. Ako se sva tela u gravitacionom polju kreću na isti način, Ajnštajn je zanemario elektromagnetnu i druge sile i umesto gravitacione uveo krive površi i došao do zaključka da je to zato što se tela kreću po istoj geometrijskoj strukturi. OTR je zasnovana na principu ekvivalencije, koji razjašnjava «ulogu ubrzanih referentnih sistema u formulisanju fizičkih zakona». Ajnštajn je u jednostavnoj činjenici da sva tela u gravitacionom polju Zemlje padaju sa istim ubrzanjem nezavisno od svojih masa, uočio osobinu koja ima mnogo širi značaj. Tu činjenicu, kaže profesor Milutin Blagojević, je iskazao uvodeći opšti princip ekvivalencije: u lokalnim oblastima prostor-vremena, ubrzanje i gravitaciono polje imaju iste efekte ne samo na mehaničke, već i na sve fizičke pojave. Polazeći od ovog principa i koristeći uopšteni princip relativnosti (ili princip kovarijantnosti), prema kome matematički opis fizičke teorije ne sme zavisiti od referentnog sistema, bilo da je on ubrzan ili ne, Ajnštajn je uspeo da uopšti Njutnov zakon gravitacije i dođe do nove teorije gravitacije ili OTR. Ajnštajn je svoju teoriju završio 1915. Veoma poznato rešenje Ajnštajnovih jednačina je Švarcšildovorešenje iz 1916, koje se odnosi na sfernosimetrične sisteme (kakva je približno Zemlja).

Na razvoj osnovnih ideja OTR veliki podsticaj je imala Mahova kritika Njutnovog shvatanja inercijalnog kretanja u apsolutnom prostoru. Ajnštajn je svakako, veli Blagojević, nastojao da izbegne privilegovanu ulogu referentnih sistema. I da je mogao da izgradi teoriju gravitacije u okviru STR, on se ne bi , kaže, na tome zaustavio. Za potrebe nove teorije Ajnštajn je usvojio tenzorski račun, koji je več bio poznat u matematici. «U tom formalizmu postaje jasna veza između lokalno ubrzanih referentnih sistema i geometrije prostor-vremena».

Robert Openhajmer, američki fizičar i direktor laboratorije u Los Alamosu, kad je konstruisana prva atomska bomba, ovako je ocenio Ajnštajnovu teoriju: «Opštu teoriju relativiteta za dugo, vrlo dugo vremena niko sem njega ne bi mogao postaviti. U stvari, tek poslednjih godina uvideli smo kako jedan običan, vrlo prilježan fizičar – ili više njih – može dospeti do takve teorije i razumeti taj jednostavni spoj geometrije i gravitacije».

Rezultati testova osnovnih predviđanja OTR, koja se razlikuje od Njutnovog učenja, potvrdili su njenu dominantnost u tumačenju gravitacionih fenomena: pomeranje perihela Merkura, skretanje svetlosti pri prolazu pored Sunca, pomeranje linija u spektru zračenja koje dolazi sa Sunca ka crvenom delu spektra (crveno pomeranje), merenje vremena putovanja radio signala do Merkura (uticaj jačine gravitacionog polja na vreme putovanja radio signala). Ajnštajn je proračunao nekoliko efekata svoje teorije. Najsnažnija potvrda stigla je od britanske ekspedicije koja je 1919. godine posmatrala pomračenje Sunca sa južne polulopte (Principe u Zapadnoj Africi, Brazil). Cilj je bio da se izmeri skretanje svetlosti sa dalekih zvezda pri prolasku pored Sunca.

Alternativne teorije

Na pitanje kako se OTR «drži» danas, ima li pokušaja da se formuliše alternativna teorija, Blagojević veli da nijedan izmereni podatak nije u sukobu sa njom. Problemi nastaju pri pokušaju da se OTR uključi u kvantnu sliku. «Kada se pokušava stvoriti kvantna teorija gravitacije onda se uočava kontradikcija», naglašava prof. Blagojević. «Te dve stvari čisto matematički ne mogu da se spoje. Zato, iako nema izmerenih podataka koji nisu u skladu sa OTR, fizičari nastavljaju da tragaju za mogućom alternativom».

Jedan od takvih pokušaja, zasnovan na idejama francuskog matematičara Kartan, nastao je 60-ih godina prošlog veka. Ajnštajn-Kartanova teorija na klasičnim testovima daje iste rezultate kao OTR, pa je stoga sasvim prihvatljiva sa eksperimentalnog gledišta. Ima elemente koji je čine boljom od Ajnštajnove teorije: ona uključuje spin čestice, što je kvantna osobina. «Moj nemački kolega Hel je u jednom predavanju rekao: ‘Ajnštajnova teorija je najbolja alternativna teorija', u smislu da je Ajnštajn-Kartanova teorija s današnjeg stanovišta bolja od Ajnštajnove, koja ne uključuje nikakve kvantne elemente. Dakle, može se reći, kvantna teorija gravitacije je aktuelan zadatak fizičara. Na tome u nas radi jedan tim istraživača na Institutu za fiziku, a drugi na Fizičkom fakultetu”, kaže ovaj ekspert za relativnost i gravitaciju, i sam radeći “na jednoj varijanti alternativne teorije” za koju se nada “da bi mogla da se spoji sa kvantnom Ajnštajn-Kartanovom teorijom”. Na ovom poslu fizičari još nisu blizu kraja.

Ajnštajnova OTR je, međutim, omogućila da se traga za odgovorom na pitanje šta je Vasiona. Iako je to pitanje postavila još Njutnova fizika, ona ga nije mogla rešiti. Pitanje kosmologije je moglo je da se naučno postavi i reši tek nastankom Ajnštajnove teorije. Međutim nikakva predviđanja nisu bila moguća bez rešenja Ajnštajnovih jednačina, a one se nisu mogle rešiti bez poznavanja homogenosti prostora i vremena (iste osobine u svakoj tački) i izotropnosti (iste osobine u svakom pravcu). Prve analize su se oslanjale na osobinu statičnosti. Vasiona je opisivana kao proctor-vreme određenog oblika, čija se struktura u toku vremena nije menjala. Kada je američki astronom Edvin Habl otkrio da se vasiona širi, i da se objekti u njoj međusobno udaljavaju, Ajnštajnovo rešenje se s tim u prvi mah nije slagalo. Matematičari su, međutim, vrlo brzo našli rešenje koje odgovara Hablovom otkriću. Postavilo se logično pitanje: ako se Vasiona širi, šta se događalo u prošlosti, mora da je bila sve manja i manja. Ajnštajnova jednačina je u ovom kontekstu dopunjena rezultatima teorije elementarnih čestica i stvorena je današnja slika kosmosa koja se zove “Veliki prasak”. Fizika još ne zna pouzdano da objasni mehanizam samog početka, praska, ali ono što astronomi znaju saglasno je sa slikom praska, eskplozije, iza koje je usledio period smirivanja. “Dalje se”, veli Blagojević, “sve počelo odvijati u skladu sa OTR I predviđanjima savremene teorije elementarnih čestica, koja uključuje I jednačinu E = mc2».

Kvantna teorija je bila sledeći korak novog učenja u fizici. Prve ideje o kvantnoj teriji javile su se između 1910. i 1912. Danski fizičar Nils Bor došao je do zaključka da energije koje se opažaju u eksperimentima koji se odnose na zračenje atoma, ne mogu da imaju bilo koju vrednost, već samo neke diskretne vrednosti, pretpostavljajući da je takva sama priroda materije. Čitav niz fizičara početkom dvadesetih godina radi na tom polju: Verner Hajzenberg, Ervin Šredinger (čija se jednačina i danas koristi), Maks Born, Luj de Broj, Pol Dirak. «Dirak je sve to zavio u jednu matematičku formulu i zaokružio osnovnu koncepciju kvantne mehanike. Fizičari su sada mogli da računaju šta se događa u atomima, da iznesu na svetlost dana diskretnu sliku atoma. De Broj je, npr., raspravljao o dualnoj prirodi svih objekata mikro sveta. Elektron može da se nađe na jednoj ali ne može na svakoj putanji, može da pređe sa jedne na drugu putanju ili u više stanje».

Ajnštajnovo protivljenje

Nova teorija ipak nije mogla sa sigurnošću da predviđa događaje u mikro svetu. Kada bi predviđali događaje, naučnici su koristili termin verovatnoće. Ne bi govorili da elektroni prelaze, već o verovatnoći da mogu preći u novo stanje. Ajnštajnu je to bilo neprihvatljivo i do kraja života nije prihvatio pogled na prirodne pojave koji operiše verovatnoćom. Kritički stav prema kvantnoj mehanici ilustrovao je jednostavnim mislenim eksperimentima. Mnogo je vremena proveo u nadmudrivanju sa pristalicama nove teorije, naročito sa Nilsom Borom. Jednom je, kažu, Bor likovao od sreće pokazavši Ajnštajnu da nije u pravu jer nije uzeo u obzir svoju opštu teoriju relativnosti. «Kvantna mehanika zaista imponuje. Ali neki unutrašnji glas mi kaže da to još uvek nije prava stvar. Teorija kaže mnogo ali nas još ne približava tajnama Boga. Ja sam, u svakom slučaju, ubeđen da On ne baca kocku», pisao je Bornu krajem 1926.

Bez obzira na svoj kritički stav, Ajnštajn je doprineo razvoju kvantne mehanike, ocenjuje Milutin Blagojević. Najpre, svojim radom o foto-efektu. Kritikama i primedbama Ajnštajn je motivisao fizičare koji su verovali u kvantnu teoriju da neprestano rade na njenom poboljšanju. Čak i kad je uslovno prihvatao pojam verovatnoće, smatrao je da iza njega mora da stoji neka tačna formulacija, neke «skrivene varijable» koje još nismo videli. Verovao je da one postoje i ako bismo do njih došli kvantna teorija se više ne bi temeljila na principu verovatnoće. Švajcarac Bel je razjasnio mogućnost pod kojim uslovima «skrivene varijable» postoje a pod kojim ne. Ovo je samo jedna ilustracija kako je Ajnštajnovo protivljenje uticalo na razjašnjavanje strukture kvantne mehanike.

Ponekad se govori o Ajnštajnovim greškama. Blagojević kaže: «Ajnštajnovo neprihvatanje kvantne teorije u nekom smislu jeste greške. Uslovno govoreći greška, jer je on umnogome doprineo da se ta teorija razvije. Govorio je da Bog ne voli da radi sa verovatnoćom, pa nije ni mogao da nam podari kvantnu mehaniku». Nova teorija, međutim, uspesima potvrđuje da je Bog (Stari kako kaže Ajnštajn) «ostao sklon kocki» (M. Mlađenović). «Ona je u takvoj meri potvrđena, možda bolje nego ijedna teorija pre nje, sa tačnošću koja ne ostavlja sumnju u njena predviđanja. Kad nešto izračunate pomoću Šredingerove jednačine i potom izmerite rezultati se izvanredno slažu. Treba pomenuti da danas postoje i druge varijante kvantne teorije (kvantna teorija polja), koje su u skladu sa STR».

Na osnovu standardne kvantne mehanike razume se čitava struktura atoma, nuklearno jezgro, Sunčeva energija i veliki broj drugih fenomena o kojima fizičari nisu mogli ni da sanjaju. Savremena teorija elementarnih čestica je njen prirodni nastavak. Zakoni u teoriji elementarnih čestica su zakoni kvantne mehanike. Oblast elementarnih čestica se uglavnom odnosi na tri od četiri osnovne interakcije u prirodi: elektromagnetnu, slabu u jaku (ili nuklearnu). Gravitacija je povezana sa teorijom elemntarnih čestica, ali ima i svoje posebne probleme.

Specijalna i opšta teorija relativnosti i kvantna teorija dale su pečat fizici dvadesetog veka. Možemo da govorimo, kao i u slučaju svakog drugog znanja, o njihovim pozitivnim i negativnim posledicama. Kad biolog ili lekar nešto znaju o ljudskom organizmu, mogu da leče, a mogu i da ga otruju. Isto je i sa fizikom. Kad znamo neke osobine fizičkih pojava možemo da ih iskoristimo na dobro i na zlo (smrtonosna oružja, nevidljive letilice). Sateliti se kreću po putanjama koje je još Njutn poznavao, samo što je tehnologija neslućeno napredovala. Kompjuteri rešavaju mnoge probleme, a oni se ne mogu zamisliti bez otkrića kvantne mehanike. Moderna tehnologija najuverljivije odslikava kakvi su dometi kvantne teorije u praksi, naročito u medicini (operacije pomoću lasera). Istraživači su u stanju da modeliraju atome i usavršavaju tehnologiju veoma malih dimenzija (nano tehnologija).

Fizika kondenzovanog stanja, fizika plazme, atomska i nuklearna fizika su različite grane savremene fizike. Fizika kondenzovanog stanja je razvila tranzistore. Fizika plazme (posebno stanje materije koja nije ni gas ni tečnost) učestvuje u pokušajima stvaranja novih izvora energije. Atomska bomba je zasnovana na fuziji čestica, ali postoji i obrnuti proces, fisija, pri kojoj se energija oslobađa rasturanjem čestica. Prvi proces je dosad relativno iskorišćen i znamo da ga kontrolišemo (nuklearne centrale). Drugi (ima za rezultat hidrogensku bombu) još ne znamo da kontrolišemo. Plazme koje se zagrevaju na visokim temperaturama pružaju mogućnost da se kontroliše proces fisije. Fizičari veruju da je to veoma blizu. Takav proces dobijanja energije. bio bi ekološki čistiji, bez radioaktivnog otpada.

Miloslav Rajković