Srpanj 2017.
Genij – u znanstvenom i moralnom smislu!
Werner Heisenberg: FIZIKA I FILOZOFIJA
Načelo ili princip neodređenosti Wernera Heisenberga, njemačkog znanstvenika, pripadnika one struje fizičara koja je stvarala kvantnu teoriju te bila vezana uz poznatu (i tako čudnu) Kopenhagensku interpretaciju iste – o stvarnosti izriče doista nešto neobično. Princip ‘kaže’ da postoji prirodna granica preko koje ljudska spoznaja ne može prijeći. Pa tako, u strogom fizikalnom smislu, ako želimo saznati položaj neke čestice u prostoru, nećemo moći na isti način precizno izmjeriti njezinu brzinu i obrnuto. Pogledajmo kako se o istom problemu izjašnjava i sâm Heisenberg:
Moglo se doduše govoriti o mjestu i brzini elektrona kao u Newtonovoj mehanici, mogle su se, također, promatrati i mjeriti veličine. Ali se obje veličine nisu mogle istodobno odrediti s proizvoljnom točnošću. Utvrdilo se da se umnožak obje te netočnosti ne može učiniti manjim od Planckove konstante podijeljene s masom čestice o kojoj se pri tome radi. Slične su se veze mogle formulirati za druge eksperimentalne situacije. One su se nazvale relacije nesigurnosti ili princip neodređenosti…
Ali po čemu se Werner Heisenberg među drugim fizičarima ‘kvantne generacije’ posebno isticao bilo je tumačenje kvantne teorije u odnosu na filozofska promišljanja o svijetu u kojemu živimo. Pod fizičarima ‘kvantne generacije’ koji se nisu u tolikoj mjeri zanimali za posljedice kvantne teorije na filozofsku misao o prirodi u cjelini mislim na Maxa Plancka, Nielsa Bohra, Louisa de Brogliea, Maxa Borna, Paula Diraca, Wolfganga Paulija i dr. uz možda iznimku Erwina Schrödingera koji je o posljedicama kvantne teorije na prirodu i cjelokupnu ljudsku misao volio mozgati možda istim žarom kao i Heisenberg (primjerice, vidi njegovu knjigu What is Life).
Tako je, među prvima, Heisenberg shvatio da kvantna teorija posjeduje implikacije koje će se strahovito odraziti na naše dosadašnje poimanje prirode, a poglavito, prirodnih znanosti u cjelini. Pogledajte samo nazive njegovih predavanja koja je u godinama nakon 2. svjetskog rata držao po cijelom svijetu uključujući tu i našu, bivšu državu: Promjene u osnovama prirodne znanosti, Slika svijeta suvremene fizike, Uloga suvremene fizike u sadašnjem razvitku ljudskog mišljenja… Poglavito, predavanja koja je održao na škotskom sveučilištu St. Andrews u zimskom semestru 1955/56 – poznata kao Gifford-Lectures, i kasnije objavljena u knjizi Fizika i filozofija, čini se da su Heisenberga odvela najdalje u tom smjeru.
Posebice jedna Heisenbergova postavka isticala se među drugima, prkoseći metafizičkim pretpostavkama ontološke realnosti svijeta, i kao takva, bila trn u oku čak i jednom Albertu Einsteinu. Na uvijen način, tvrdila je da su promatrač i promatrano, u fizikalnom eksperimentu, neodvojivi jedno od drugoga. Drugim riječima, bilo koja opažena pojava, čak i u Kantovu smislu, ne postoji, dok ju u samom eksperimentu promatrač ne opazi. Vrlo brzo postalo je jasno da je ovim nalazom poljuljana vjera u staru Kantovu ideju ‘stvari po sebi’ i nadu o postojanju nekakve objektivne, ontološke realnosti koja se jednoga dana može u potpunosti spoznati. Nama, naviklima na realnost vanjskog svijeta, ili bolje rečeno, na vjeru u realnost vanjskog svijeta, koju mislimo da uvijek možemo neposredno iskusiti – ovo se nimalo ne može svidjeti! Priroda stvarnosti koja nas okružuje naprosto nije takva, ustvrdili su Bohr i Heisenberg u Kopenhagenskoj interpretaciji kvantne teorije. Pogledajmo samo s koliko obzira (prema starim metafizičarima) Heisenberg piše rečenice koje se tiču navedene problematike:
Kad hoćemo opisati što se događa u atomskom procesu [fizikalnom eksperimentu na mikroskopskoj razini], moramo poći od toga da se riječi “događa se” mogu odnositi samo na motrenje, a ne na situaciju između dva motrenja… Ne možemo opisati što se “događa” između tog motrenja i sljedećeg… [Kvantna teorija] ne dopušta prostorno-vremenski opis onoga što se događa između dva motrenja. Svaki pokušaj da se nađe takav opis vodio bi do protuslovlja. To znači da se već pojam “događanja” mora ograničiti na motrenje. To je svakako značajan rezultat za koji se čini kako pokazuje da motrenje igra odlučujuću ulogu kod događaja i da je stvarnost različita prema tome motrimo li je ili ne… [i ne samo to!] … ono što motrimo nije priroda sama, nego priroda koja je izložena našem načinu postavljanja pitanja.
Čast da mu bude bliski suradnik i prijatelj pripala je našem znamenitom fizičaru Ivanu Supeku. Na više mjesta u svojim knjigama, predgovorima i pogovorima drugih knjiga, člancima i osvrtima, Ivan Supek piše o Werneru Heisenbergu s iskrenim štovanjem i divljenjem. I ne samo zbog dosega u kvantnoj mehanici!
Bio je tako skroman da bi u sveučilišnoj nastavi govorio impersonalno (učinilo se), gdje je trebalo iznijeti vlastita otkrića. Više je isticao Bohra u Kopenhagenskoj interpretaciji [kvantne teorije], premda je njegov udio bio veći. Njegovo ponašanje može bit uzor znanstvenicima koji sebi pripremaju proslave sa stotinama publiciranih radova, a koji sve skupa ne vrijede jednog njegova. On ih, naime, ima svega desetak, protivan onoj američkoj devizi publish or perish.
Na ovom mjestu, netko se ipak mora zapitati: nastranu njegovi iznimni dosezi vezani uz kvantnu teoriju; čemu svi ovi hvalospjevi kada se vrlo dobro zna da je Werner Heisenberg bio jedan od rijetkih velikih njemačkih znanstvenika koji je za vrijeme 2. svjetskog rata ostao u Njemačkoj i pod patronatom nacističkog režima vodio tim znanstvenika koji je trebao izgraditi atomsku bombu?
Tu, manje poznatu, biografsku crticu Heisenbergova života dobio sam priliku rasvijetliti gledanjem, prilično razvikane i izreklamirane, ali nepobitno, izvanredne visokobudžetne serije Genij (u produkciji kanala National & Geographic) o jednom drugom genijalnom fizičaru; naravno, radi se o Albertu Einsteinu. Serija se temelji na cijenjenoj, romansiranoj, Einsteinovoj biografiji Einstein: his life and universe pisca Waltera Isaacsona, zbog čega nimalo nisam sumnjao u autentičnost prikazanog. Dakako, mnogi događaji prikazani u seriji vjerojatno se nisu dogodili na isti način u stvarnosti, ali nekako odaju dojam da odražavaju uvjerenja glavnih protagonista.
Serija Genij tako otkriva da je po pitanju znanstveno-moralnog stava spram izgradnje atomske bombe, Werner Heisenberg nadvisio Alberta Einsteina u barem dvije stvari! Ali idemo redom! Prvo, obojica su se slagala u tome da atomska bomba u rukama luđaka nije dobra opcija za čovječanstvo; drugo, obojica su bila složna i u sumnji da atomsku bombu uopće treba razvijati, s tim da svoje stavove Heisenberg, dakako, nije mogao iznositi javno za vrijeme rata. S druge strane, sam Einstein bio je zgranut činjenicom da je njegova čudesna formula (E=mc2) uopće mogla iznjedriti jednu takvu mogućnost! (Podsjetimo da ona nevino izriče kako čak i mirujuća čestica posjeduje ogromnu energiju!)
Ali u čemu je to, onda, Heisenberg u moralnom smislu nadvisio Einsteina?
Ovaj dodatni aspekt razotkriva se u izvanrednoj sceni u kojoj Heisenberg i njegov tim, na kraju rata, kao već ratni zarobljenici, od čuvara doznaju da su Amerikanci na kraju ipak bacili atomsku bombu na Hiroshimu. Čuvar im lakonski dobacuje: “Opet su vas Amerikanci prestigli!”, a na unezvijereno pitanje jednog zarobljenog njemačkog znanstvenika “Kako su je uspjeli napraviti?” Heisenberg, s vidnim olakšanjem, odgovara: “Dođite, pokazat ću vam, prilično je jednostavno!”
Ako se za vrijeme gledanja te scene niste naježili od nekakvih moralnih trnaca i neopisive tuge koja razara vaše srce – nećete nikada!
Osim što nije želio stvarnim radom i naporom sudjelovati u izgradnji atomske bombe – Heisenberg nije želio da u povijesti ostane zapisano kako je njegova zemlja bila ta koja je atomsku bombu prva izgradila i upotrijebila! “Prilično je jednostavno”, ali nikada to nisam kanio učiniti! To je strahotno moralan odgovor čuvaru koji mu se htio narugati! I ne samo to! Heisenberg se usrdno trudio ostati na čelu jalovog tima stručnjaka koji je, kao bio, posvećen njenoj izgradnji, riskirajući čak i vlastiti život, samo kako bi spriječio nekoga drugog da dođe na njegovo mjesto i da ju ipak konstruira! I sad recite, nije li to doista najviše u moralnom smislu što je jedan znanstvenik mogao učiniti po pitanju opstanka čovječanstva?
Znam, ostario sam; sve više moraliziram, ali ne mogu si pomoći. Društvo ne mogu popraviti, ali barem se povremeno mogu diviti onim pojedincima koji nekom svojom gestom podsjete da čovječanstvo ipak nečemu vrijedi, i da se njegova vrijednost ne može svesti na onih nekoliko Bachovih djela koja, prema onom ‘moralnom čistuncu’ Emilu Cioranu, jedini opravdavaju njegovo postojanje na zemlji… Ovaj post bio je prilog tom uvjerenju.
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 