Puţini par să fie oamenii obișnuiţi care debordează de pasiune pentru fizica cuantică. Aceasta implică un grad ridicat de abstractizare și ecuaţii matematice relativ complicate.
Dar poate tocmai caracterul ei eluziv pentru omul mediu, această inaccesibilitate care impune respectul, determină un paradoxal interes al publicului pentru pontifii misterioasei știinţe, așa cum, cu mai bine de o sută de ani în urmă, Hegel a devenit peste noapte celebru pentru că publicase niște lucrări pe care nu le înţelegea nimeni.
Pe 8 octombrie 2013, profesorul Staffan Normark, secretar permanent al Academiei Regale de Știinţe din Suedia, anunţa, conform tradiţiei, laureaţii Premiului Nobel pentru fizică, belgianul François Englert și britanicul Peter W. Higgs: „Pentru descoperirea teoretică a unui mecanism care contribuie la înţelegerea originii masei particulelor subatomice și care a fost confirmat recent prin descoperirea particulei fundamentale prezise de către experimentele ATLAS și CMS de la Marele Accelerator de Hadroni al CERN.“ Dincolo de limbajul tehnic, oamenii au înţeles că cei doi savanţi au fost recompensaţi pentru „bosonul Higgs“ sau „particula lui Dumnezeu“.
Ce este acest boson și ce legătură are cu Dumnezeu?
În imaginaţia populară, Einstein a ajuns simbolul savantului modern, rivalizând la maturitate cu starurile de teatru și film, intervievat ca un oracol cu privire la o varietate de subiecte de către jurnaliștii vremii, ascultat cu interes de cârmuitorii naţiunilor, iar în posteritate a putut fi identificat chiar și ca personaj pozitiv în bancurile cu savanţi; pisica lui Schrodinger și-a făcut loc în cultura populară și în titlurile de film; principiul de nedeterminare al lui Heisenberg a intrat larg în conștiinţa colectivă chiar dacă sensul său este adesea distorsionat, ca și cel al teoriei relativităţii.
În ultimii ani, „particula lui Dumnezeu“ a îndreptat din nou atenţia omului obișnuit spre această ramură sofisticată a fizicii și a făcut ca știrile despre rezultatele laboratorului CERN să stârnească vibraţii interioare, chiar dacă puţini pricepeau care este legătura dintre această particulă și Dumnezeu. Pentru a înţelege despre ce este vorba, ar trebui să facem un drum înapoi în timp, mergând până la Democrit, sau poate chiar mai înainte.
Democrit inventează atomul
De când a deschis ochii spre armonia cosmosului dinspre galaxii și de lângă el, omul și-a pus întrebări, mai întâi simple, apoi tot mai adânci despre alcătuirea materiei și legile care cârmuiesc firea. Se știe că grecii au fost primii care s-au mirat filozofic și doi dintre grecii de demult, un obscur Leucipus și mult mai celebrul său discipol, Democrit, au dezvoltat pentru prima data în istoria omenirii o teorie filozofică despre compoziţia materiei, în care un rol central îl jucau atomii. Spre deosebire de alţii înaintea lor, care susţinuseră că nefiinţa nu există, Leucipus susţinea că fiinţa și nefiinţa coexistă deopotrivă, iar universul este format din atomi și din vid (gol, vaccum).
Cuvântul atom înseamnă în greaca veche, într-o traducere aproximativă, „ceea ce nu poate fi tăiat“.
Ideea era că putem tăia orice porţiune de materie sau obiect în bucăţi tot mai mici: jumătate, sfert, optime, șaisprezecime și așa mai departe; la un moment dat, există porţiuni atât de mici de materie, încât nu mai pot fi tăiate: acesta era atomul. Dar Democrit, care nu suferea de modestie (când a ajuns la Atena s-a mâhnit nu puţin descoperind că nimeni nu auzise de el), avea idei mai complexe despre atomi, pe care-i concepea nu doar ca indivizibili, ci și ca veșnici și neschimbători, într-o continuă mișcare, ciocnindu-se între ei și fiind capabili să formeze legături temporare. Mai mult, Democrit a intuit ceea ce avea să confirme mai târziu chimia: unele substanţe sunt formate dintr-un singur fel de atomi (ceea ce numim astăzi elemente), iar altele din combinarea mai multor feluri de atomi (ceea ce numim în prezent substanţe propriu-zise).
Leucipus susţinea că fiinţa și nefiinţa coexistă deopotrivă, iar universul este format din atomi și din vid (gol, vaccum).
După secole întregi în care teoriile lui Democrit și problema atomilor au avut cel mult o relevanţă marginală în preocupările știinţifice, dominate mai degrabă de teoriile aristoteliene, secolul al XVII-lea a fost martorul unei renașteri a teoriilor filozofice atomiste și al apariţiei unei teorii foarte înrudite, teoria corpusculară a lui René Descartes.
În timp ce filozofii își vedeau însă de filozofie, un grup de minţi înfierbântate căuta cu pasiune „piatra filozofală“: alchimiștii. Ei erau convinși că piatra respectivă există și că poate să convertească metalul de rând în aur, iar unii gândeau că mult râvnita piatră este însuși „elixirul vieţii“, care te poate menţine sănătos sau chiar nemuritor. N-au reușit niciodată s-o găsească, dar multe dintre eșuatele lor experimente au pus bazele chimiei moderne. În secolul al XVIII-lea apar chimiștii adevăraţi, precum tragicul Lavoisier sau ca Joseph Louis Proust, care nu mai caută himere, ci încearcă să înţeleagă materia. În acest context, atomul se transformă dintr-un concept pur filozofic într-unul știinţific; John Dalton, un quacker autodidact, este cel care pentru prima dată, la începutul secolului al XIX-lea, formulează o teorie modernă, coerentă despre atomi.
Doar că Democrit se înșelase un pic
Evident, teoria lui Dalton era imperfectă, iar următoarele două secole au remodelat-o în permanenţă, într-un mod spectaculos. Poate cea mai mare surpriză și modificare în ideile împrumutate de la Democrit a fost aceea că atomul este divizibil. Deși prin definiţie atomul nu mai putea fi tăiat în părţi mai mici, avea să se descopere treptat că acesta este format din electroni (prima particulă fundamentală descoperită în structura atomului), protoni (a doua particulă fundamentală) și neutroni, cărora, prin experimente și calcule ingenioase, li s-au determinat sarcina electrică și masa.
Teoriile mecanicii cuantice aveau să descrie modele tot mai complexe de organizare a acestor particule în interiorul atomului. Iar de la începutul secolului al XX-lea, când Joseph John Thomson, matematician sclipitor și experimentator competent, a demonstrat existenţa electronilor ca părţi ale atomului, oamenii de știinţă au identificat ulterior sute de particule subatomice. Era necesar să se facă ordine în rândul lor, iar doi cercetători au propus, în mod independent unul de altul, existenţa unei particule elementare a materiei – oarecum un fel de atom al atomului, acea parte din atom care nu mai poate fi divizată, deși acest lucru nu este întru totul exact deoarece mai există și leptonii, după cum se va vedea mai jos.
Murray Gell-Mann este cel care, împrumutând un cuvânt dintr-un roman de James Joyce (cuvânt onomatopeic, descriind croncănitul unui pescăruș), a propus denumirea de quark pentru această particulă subatomică elementară. Conform teoriei quarcurilor, mai multe asemenea particule elementare, care au sarcini fracţionare (pozitive sau negative, de o treime sau două treimi), se combină între ele pentru a forma particule subatomice. S-au propus șase tipuri (sau „arome“) de quarcuri. Totuși, electronii nu sunt formaţi din quarcuri, ci dintr-o altă categorie de particule elementare numite leptoni (tot șase tipuri), care pot să fie neutri ori purtători de sarcini electrice. Împreună, quarcurile și leptonii sunt cunoscuţi sub denumirea de fermioni.
Intră în scenă Modelul Standard și bosonii…
Asupra materiei formate din aceste particule fundamentale se exercită în univers un număr de patru forţe (interacţiuni) fundamentale: gravitaţia, forţa (nucleară) slabă, forţa electromagnetică și forţa (nucleară) tare. Gravitaţia, ale cărei efecte sunt poate cel mai ușor de înţeles (cine nu i-a căzut victimă măcar o dată în viaţă?), este cea mai slabă dintre cele patru forţe fundamentale, dar se exercită, practic, pe distanţe infinite. Forţa nucleară slabă (aceasta este numită uneori și în unele limbi forţa slabă, pur și simplu) operează pe distanţe foarte scurte și este răspunzătoare pentru dezintegrarea radioactivă și pentru fuziunea nucleară a particulelor subatomice.
Forţa electromagnetică se exercită, ca și gravitaţia, pe distanţe impresionante și este mult mai frecvent întâlnită în viaţa de zi cu zi decât forţa nucleară slabă. O imensă varietate de contexte de viaţă, de la faptul că vedem în culori la dispozitivele electrice și electronice care ne simplifică sau ne îmbogăţesc viaţa, se bazează pe forţa magnetică. În sfârșit, forţa nucleară tare (sau, pur și simplu, forţa tare) este cea mai puternică dintre toate (ne putem face o idee despre ea gândindu-ne la energia unei bombe atomice, care implică eliberarea acestei forţe).
Ultimele trei dintre aceste forţe au fost integrate la începutul anilor 1970, împreună cu particulele elementare, într-o teorie unitară cunoscută sub numele de „modelul standard“; gravitaţia nu este o parte a modelului standard. Această teorie împlinește oarecum, chiar dacă numai în parte, un vis al lui Einstein, care, în ultima parte a vieţii, a fost obsedat de construirea unei teorii unificatoare care să integreze în mod coerent cele patru forţe din univers.
Modelul standard postulează că cele trei forţe fundamentale (electromagnetică, slabă și tare) sunt rezultatul unui schimb de particule purtătoare de forţă, particule numite bosoni. Particulele de materie interacţionează între ele transferând cantităţi discrete de energie sub forma unui schimb de particule purtătoare de forţă, bosonii (de exemplu fotoni, în cazul forţei electromagnetice). Astfel, fiecărei forţe fundamentale îi corespunde un boson. De exemplu, bosonul forţei electromagnetice se numește foton, cel al forţei tari se numește gluon, iar în cazul forţei slabe există doi bosoni, „bosonii W și Z“ (se speculează că pentru gravitaţie ar trebui să existe un „graviton“).
… inclusiv bosonul Higgs
Bosonul Higgs are rolul de a explica modul în care particulele dobândesc masa. Marele succes aplaudat astăzi a început cu un eșec. Peter Higgs era foarte tânăr când și-a scris articolul care prezicea existenţa bosonului care astăzi îi poartă numele, dar Physics Letter, jurnalul știinţific în care și-a propus să-l publice, l-a respins ca neavând nicio legătură cu fizica. Anul acesta, Academia Regală de Știinţe din Suedia a considerat că articolul respectiv, publicat într-o altă revistă, avea totuși legătură cu fizica.
Simplificările sunt periculoase deoarece pot conduce ușor la înţelegeri greșite, dar pentru cei mai mulţi dintre noi este de preferat o ilustraţie inexactă unui șir de douăzeci de ecuaţii matematice foarte precise. Așa că, simplificând, modelul postulează existenţa unui câmp universal, în care stă scufundat tot ce există, tot cosmosul, iar acest câmp este numit „câmpul Higgs“; nevăzut (ca și aerul), nedetectat chiar cu instrumente sofisticate, el este întotdeauna prezent. Particulele trec prin acest câmp și cele care interacţionează intens cu el capătă o masă mare, cele care interacţionează ușor capătă o masă mică, iar altele, precum fotonii, îl traversează fără să interacţioneze cu el și rămân, practic, fără masă.
Bosonul Higgs are rolul de a explica modul în care particulele dobândesc masa.
Într-o ilustraţie pe care „să o înţeleagă [chiar] și politicienii“, cu douăzeci de ani în urmă, profesorul britanic David J. Miller de la UCL (University College London) ilustra, astfel, câmpul și bosonul Higgs: câmpul Higgs e ca o sală plină de oameni, învârtindu-se de colo până colo, la o petrecere. Când Margaret Thatcher intră în încăpere, o mulţime se îmbulzește deodată în jurul ei, făcând deplasarea sa prin sală mai greoaie decât a anonimilor pe care nu-i bagă nimeni în seamă. Persoane de importanţă mai mică pot să formeze grupuleţe mai mici, care înaintează mai greoi decât cei singuri, dar mai ușor decât însăși doamna prim-ministru. Mai recent, câmpul Higgs a fost comparat cu o zăpadă prin care, rostogolindu-se, unele obiecte se încarcă cu ea, devenind tot mai mari și mai grele, pe când altele trec fără să preia nimic. În mod analog, particulele trec prin câmpul Higgs și dobândesc masă.
Până în prezent, toate datele experimentale au confirmat corectitudinea modelului standard. Modelul prezisese existenţa bosonilor W și Z, care au fost detectaţi pentru prima dată în anii 1980, iar quarcul „top“ (unul din cele șase tipuri de quarcuri), la mijlocul anilor 1990. Modelul prezicea și existenţa unui boson, cel numit „Higgs“ sau „particula lui Dumnezeu“, dar până anul trecut nu existaseră dovezile experimentale. Impresionantul laborator al Organizaţiei Europene pentru Cercetare Nucleară (CERN) a acumulat între timp dovezi experimentale rezonabile care susţin existenţa bosonului Higgs.
Ce legătură are bosonul lui Higgs cu Dumnezeu?
Expresia „particula lui Dumnezeu“ a pătruns în conștiinţa publică după ce a figurat ca atare în titlul unei cărţi despre bosonul Higgs, scrisă de un alt laureat Nobel pentru fizică, Leon Lederman (în colaborare cu un scriitor specializat în domeniul știinţific, Dick Teresi). „Particula lui Dumnezeu“ era un bun titlu de marketing, după cum a explicat Lederman (care a mai spus – într-o traducere aproximativă – că nu puteau să-i spună „particula diavolului“). În plus, rolul lui în modelul standard are legătură și cu teoria Big Bang-ului, o teorie cu conotaţii biblice, explicând geneza universului.
Ca ateu, Higgs este nemulţumit de titlul acesta, „particula lui Dumnezeu“, un titlu pe care-l consideră o glumă, dar nu una reușită.
Confirmarea existenţei bosonului Higgs în vara anului 2012 a stârnit spiritele atât în mediile ateiste, cât și în mediile creștine. Unele voci ateiste s-au grăbit să afirme că evidenţierea experimentală a bosonului mai „bate un cui în sicriul religiei“, iar unii apologeţi creștini au ajuns să pună sub semnul îndoielii validitatea descoperirii și să conchidă că experimentele de la CERN nu dovedesc nimic, .
Situaţia seamănă oarecum cu încercările de descoperire a ceea ce s-a numit un „Iisus al istoriei“, despre care George Tyrell, un teolog din secolul al XIX-lea, spunea că este ca oglindirea în apa unei fântâni: toţi care s-au aplecat asupra ei și-au regăsit acolo propriul chip. Fiecare privește bosonul Higgs ca pe o confirmare a propriilor credinţe. De altfel, din perspectivă creștină, a vorbi despre bosonul Higgs ca fiind „particula lui Dumnezeu“ este o mare exagerare; din perspectiva creștină, toate particulele, de la un capăt al universului la celălalt, sunt ale lui Dumnezeu.
SURSĂ: Articol preluat cu permisiune din Semnele timpului
Note de subsol:
[1]„K. Macfarlane, The Father of the Atom: Democritus and the Nature of Matter, Enslow Publishers, Berkeley Heights (NJ), 2010, p. 38-42.”
[2]„Ibid., p. 42-43.”
[3]„A.G. van Melsen, From Atomos to Atom: The History of the Concept Atom, Dover Publications, Mineola (NY), 2004, p. 9-115.”
[4]„ Lucrarea în care şi-a expus ideile se numea Un nou sistem de filozofie chimică, aceasta fiind ataşată încă – prin nume – de cordonul ombilical al filozofiei.”
[5]„Neutronul, după cum indică numele, este lipsit de sarcină.”
[6]„R. Myers, The Basics of Chemistry, Greenwood Press, Westport (CT), 2003, p. 35-44.”
[7]„Dicţionarul de neologisme recomandă pluralul „quarcuri“ în limba română, dar internetul românesc pare să indice o preferinţă pentru „quarci“, inclusiv în mediile universitare.”
[8]„R. Meyers, The Basics of Chemistry, p. 44-45.”
[9]„Denumirile de „boson“ şi „fermion“ au fost inventate de fizicianul britanic Paul Dirac în onoarea savantului indian Satyendra Nath Bose şi, respectiv, a italianului Enrico Fermi.”
[10]„„The Standard Model“, http://home.web.cern.ch/about/physics/standard-model [17.10.2013].”
[11]„Deşi aparent ştim ce este masa, în realitate nu cunoaștem foarte multe: ştim că este o proprietate a particulelor, oarecum similară sarcinii, dar nu ştim de ce unele particule (fermionii, leptonii) au masă, fie ea şi foarte mică, iar altele (unii bosoni, de exemplu fotonii) sunt lipsite de masă.”
[12]„The Royal Sweedish Academy of Sciences, „The Nobel Prize in Physics 2013“, www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2013/popular-physicsprize2013.pdf”.
[13]„„Why Margaret Thatcher is like a Higgs Boson“, www.democraticunderground.com, 15 aprilie 2013.”
[14]„F. Flam, „Finally – A Higgs Boson Story Anyone Can Understand“, www.philly.com, 13 iulie 2012.”
[15]„„Professor Higgs speaks out against the name «God particle»“, http://news.yahoo.com, 9 aprilie 2013.”
[16]„„The Higgs boson is another nail in the coffin of religion“, www.bbc.co.uk, 4 iulie 2012.”
[17]„ J. Miller, „Higgs Boson—The «God Particle»?“, www.apologeticspress.org.”
[18]„J. Hebert, „The Higgs Boson: A Blow to Christianity?“, www.icr.org.”
