Prosinac 2011.
Planckova ‘sumnjiva’ zamisao
Ivan Supek: POVIJEST FIZIKE
Što se to, zapravo, događalo u ljeto 1900-te u Berlinu, i u kojim okolnostima je najveća teorija moderne fizike prokrčila put do svog priznanja? Kako je uopće došlo do ideje da se silovita i dotad neukrotiva energija svemira podijeli na svoje dijelove?
Max Planck bio je čudo od čovjeka za svoje vrijeme. Prosijedi brkovi na izmoždenom, ali strastvenom učenjačkom licu, odlučan, nepokolebljiv pogled; ne možete pogriješiti, u vas upravo gleda lice sa sudbinom. Sve to mogu iščitati dok promatram Planckovu fotografiju koja se raširila preko cijele stranice Povijesti fizike Ivana Supeka. Na idućoj stranici otkrivam da je slika ponovljena, ali u znatno manjem formatu s prigodnim riječima objašnjenja što je to fizičar učinio za čovječanstvo.
Početak povijesti kvantne fizike oduvijek mi je sličio kakvoj bajci. U igri imamo crno tijelo za koje se ustvrdi kako je prepuno tih sićušnih vražićaka elektrona koji u svom titranju proizvode još sićušnije vražićke – fotone – odnosno emitiraju svjetlost. Sama narav te igre – proizvodnje svjetlosti – ostaje po strani, te se promatra titraj elektrona, i promišlja amplituda tog titranja…
– Pa pobogu, zašto ne? – morao je uskliknuti naš junak, kako rekosmo, jednoga ljetnog dana 1900-te, dok mu se genijalna zamisao oblikovala u glavi. Zašto se amplituda titranja elektrona ne bi uzela kao paketić energije ravan umnošku frekvencije titranja čestice i hm…, recimo, neke konstante koja je tu u igri kako bi frekvenciji omogućila interakciju s očigledno malim vrijednostima energije na čestičnoj razini. Nakon toga, Planck je ideju požurio prenijeti svome sinu a što je uredno zabilježila većina kroničara povijesti kvantne fizike/mehanike od kojih je Ivan Supek samo jedan, a tu se računaju i oni fizičari čestica i kozmolozi kojima je kvantna fizika/mehanika tek nužan uvod za obrazlaganje svojih zamisli na tom području poput Leona Ledermana ili Briana Greena (spominjem samo one koje sam pročitao i o kojima već postoje zapisi na ovom blogu).
Na samrti devetnaestog stoljeća, tako, stvorena je formula koju će fizičari vrlo često koristiti u dvadesetom:
E= hv
U formuli v se razaznaje kao frekvencija titranja, h kao fizikalna konstanta kojoj je naknadno pridodan posvojni pridjev tvorca te je postala Planckova konstanta, dok E označava upravo taj sićušni paketić energije kojeg usput prozvaše kvant…
Tetka prekide moje pisanje da bi mi rukom pokazala na starčića koji se odjednom stvorio tu i stajao pored Kola, očito očaran konstrukcijom i ravnomjernom vrtnjom danas vrlo raspoloženog mehanizma.
– Gospodine… – zazvao sam starčića.
Okrenuo se prema meni a pogledom mu prostruji isti tračak odlučnosti koji sam već bio zamijetio na fotografiji u knjizi Ivana Supeka. Preda mnom je stajao, glavom i bradom, Max Planck, u starijoj dobi, možda negdje oko 1930-te, tridesetak godina nakon svog čuvenog otkrića. Začudo, izmoždenost lica zamijenila je blaga snishodljivost promatrača. Nije više mogao stajati u prvom redu bitke koja se vodila u natjerivanju prirode kako bi nama, običnim smrtnicima, razotkrila svoje tajne, ali, ako bi ga se sada krenulo propitivati o trenutnoj situaciji u kvantnom području, vrlo brzo bi se otkrilo da je vidno očaran Heisenbergovim načelom neodređenosti koje je u to doba, oko 1930-te, krčilo put širem razumijevanju u zajednici fizičara. Ipak, kad je progovorio osjetio sam da mu je na umu olakšati dušu.
– Vidite… – počeo je obraćajući se i tetki i meni.
– Nemojte samo meni pričati o toj vašoj kvantnoj mehanici! – uskliknu tetka – Pričajte njemu, on vam je ljubitelj spoznaje prirode! – i prstom pokaza u mom smjeru. Potom se lagano nabadajući štiklama odvuče do televizora.
– Vidite… – ponovio je starčić – Skoro da nisam nikome pričao o ovome. Ali sad, kad sam se već našao tu, dobivam sve veću želju to nekome prenijeti…
Ponudio sam Maxu Plancku da sjedne na kanape, a i ja sjednem pored njega pretvarajući se sav u uho.
– Jeste li vi dio ovog Kola? – bojažljivo me upitao.
– Da, ja sam njegova transmaterijalizacija u ljudsko biće – hladno sam odgovorio.
– Pretpostavio sam to… pa to je sjajno, to Kolo se čini tako savršenim…
– U redu, u redu, starče – prekinem hvalospjeve – Započeli ste neku priču…
– Ah da, da. Vidite, radi se o mojem otkriću, je li. Pretpostavljam da znate tko sam. Kao i većina znanstvenika tog doba tražio sam područje u kojem bih se mogao dokazati. Nakon nekog vremena vjerovao sam da sam ga našao u istraživanju zračenja crnih tijela. Vidite, to zračenje je predstavljalo rijetku fizikalnu pojavu koja se nikako nije uklapala u građevinu klasične fizike koja se tada, prema mišljenju mnogih, nakon nekoliko stoljeća mukotrpne izgradnje, dovršavala… Proučavanje pojave koja se ne uklapa u poznatu sliku svijeta mladim fizičarima se čini izvrsnom prilikom za dokazivanje, je li…
– Da, poput ovih danas koji ne žele da se ‘Higgs’ otkrije jer im više ne bi bilo uzbudljivo istraživati… – prodera se tetka iz kuta prostrije u kojoj se nalazio televizor.
– Molim? O čemu ona to…? – prenu se iznenađeno starčić. Za trenutak, izgledao je zabrinuto.
– Ništa, ništa, ne brinite. Ne slušajte ju…, ona, jednostavno, previše čita novine. Vi samo nastavite… – ohrabrio sam Maxa Plancka u dobi od sedamdeset godina. Pogledao me nesigurnim pogledom pa potom nastavio:
– U to doba, a vjerojatno vam je ta činjenica poznata, J. W. Rayleigh i J. H. Jeans izračunali su na osnovi zakona klasične fizike kakva mora da je jakost i spektar svjetlosti što ga šalju užarena crna tijela. S druge strane, moj kolega Wilhelm Wien proučavao je distribuciju zračenja crnih tijela i pokazao kako se spektar brzo gasi u ultraljubičastom području što je bilo protivno izračunima Rayleigha i Jeansa. Drugim riječima, jedna prava “ultraljubičasta katastrofa” kako smo Wilhemov nalaz voljeli nazivati u danima nakon provedenog eksperimenta**. Mi u Berlinu, imali smo moćan, tehnički super-opremljen laboratorij i mnogi znanstvenici su zbog te rijetke povlastice bili pomalo ljubomorni na nas. Svi ostali morali su čekati da Wilhelm objavi rezultate svog istraživanja pa da vide što se tu može učiniti odnosno pokušati dati neki svoj doprinos kako bi se očita nepodudaranja između teorijskih izračuna i eksperimentalnih uvida nekako prevladala. Jer Wilhelmovi rezultati, bili su, blago rečeno, uznemirujući; građevina klasične fizike opasno se počela tresti…
Svrnuo sam pogled na Povijest fizike Ivana Supeka koja se smjestila u mojem krilu i ubrzo pronašao odgovarajući odlomak koji je pratio događaje u praskozorje teorije koja je, eto, malo-pomalo, dovela do toga da se danas u najvećem ubrzivaču čestica na svijetu – u švicarskom CERN-u – provodi veliki lov na česticu-utvaru koju je spomenula tetka – stanoviti Higgsov bozon – neporecivo božjih ovlasti, jer se njegova funkcija vezivala uz jednu tako fundamentalnu stvar kao što je davanje mase kompletnoj materiji u svemiru.
Max Planck je ljeti 1900, odmah nakon Rayleighova rezultata razmišljao što treba da se promijeni u tom teorijskom izvodu, da bi se postiglo slaganje s Wienovim opažanjima. Prema klasičnoj teoriji otpada na svaki harmonični oscilator ili ravni val u termodinamičkoj ravnoteži u prosjeku energija kT (gdje je k Boltzmannova konstanta a T apsolutna temperatura). Budući da ima beskrajno mnogo harmoničnih oscilatora i ravnih valova visoke frekvencije, to bi i ta energija beskrajno rasla. Mora, dakle, postojati nešto u prirodi, zaključio je Planck, što „reže“ raspodjelu energije prema visokim frekvencijama. Pri tim nagađanjima došla mu je na um genijalna misao da pri tvorbi prosjeka ne ume kontinuum energije, već diskontinuum. I to je bilo rješenje!
– I što sam ja učinio? – ponovno sam se koncentrirao na glas starca. – Wilhelmove eksperimentalne krivulje distribucije zračenja crnog tijela počeo sam uspoređivati sa zbirkom grafova matematičkih funkcija. Kad sam pronašao jedan koji je veoma sličio eksperimentom dobivenoj krivulji zračenja crnog tijela našao sam da se radi o grafu koji prikazuje sumu reda cijelih, kvantiziranih, brojeva. Odatle mi se rodila zamisao da zračenje mora biti kvantizirano!* Međutim, ni dan danas s tim svojim postupkom nisam raščistio, ne smatram ga u cijelosti ispravnim, ako me razumijete…, to je bio čin očaja**, a pogledajte do čega je sve doveo…
– ‘Higgs’ – već otkriven, samo je skriven u podacima istraživanja! – ponovno se začuo Tetkin glas koja je očigledno glasno iščitavala naslove dnevnih novina.
Starčić se ovoga puta samo okrenuo u smjeru odakle je glas dopirao, ništa ne govoreći. Potapšam ga po ramenu.
– Nemate razloga za brigu. – kazao sam – Spoznaja uistinu može biti objektivna ali može biti i samo još jedan strašni izum čovjeka. O tome nikada nećemo moći donijeti konačnu odluku. Osobno, uvijek sam je uzimao kao ogledalo sa svim svojim zavojitim i ukrašenim rubovima u kojem se, zajedno s prirodom, svijetom, svemirom kao pozadinom, nužno, u prvom redu i prije svega, ogleda sam čovjek…
Na te moje riječi Kolo se zaustavilo. Podignem pogled. Šarene boje od kojih je bilo satkano kao da se malo više zažariše dok je žuti odsjaj pozadi Kola ponovno postajao sve snažniji…
– Mislim da sa svojom zadnjom izjavom i nisam puno promašio. A što vi…? – ali tada primijetih da se starac zaledio u vremenu, s jednom pozom, činilo se, trajnog smješka na brkovima poluskrivenim usnicama. Kao da su ga u trenutku zamrzavanja moje riječi umirile, kao da je u njima našao neku vrst znanstvenoistraživačkog olakšanja. Naravno, nije mogao preživjeti zaustavljanje vremena koje se u ovoj prostoriji svako malo desi. Prije nego li će se njegova pojava potpuno rasprsnuti i nestati pred mojim očima začujem tetkin glas:
– Prebacujem nas ponovno u dvadeseto stoljeće, u osamdesete… Dosta mi je više tog devetnaestog!
* dio teksta koji je književno obrađen na osnovi jednog posta na forumu na koji sam slučajno nabasao i koji se nalazi >> ovdje
** ubačen tekst na Davorovu sugestiju iz komentara 🙂
O Duhu i njegovim Moćima 