200006_wszechswiat_wedlug_green.pdf

FIZYK _ BRIAN GREENE

Wszechæwiat wed¸ug GreeneÕa

Fizyk teoretyk, ktry postawi¸ sobie proste zadanie: objaæni Wszechæwiat za pomoc strun

ne rozpocz¸ wczeænie. Urodzo-

ny w Nowym Jorku, dorasta¸

w ssiedztwie American Mu-

seum of Natural History. W deszczo-

we dni ma¸y Brian lubi¸ bawi si« w je-

go przestronnych wn«trzach. Intereso-

wa¸ si« jednak czymæ innym niý wi«k-

szoæ ch¸opcw w jego wieku. ãTak na-

prawd« nigdy nie pociga¸y mnie eks-

ponowane tam dinozaury, cho na

pewno robi¸y duýe wraýenie Ð wspo-

mina Greene. Za to naleýce do mu-

zeum Hayden Planetarium rozpala¸o

jego poszukiwawcze pasje. Ð Odkd si«-

gam pami«ci Ð dodaje Ð zawsze dr«-

czy¸o mnie pytanie, z czego zbudowa-

ny jest Wszechæwiat i jak to si« sta¸o, ýe

jest taki, jaki jest.Ó

Dzisiaj, 30 lat pniej, Greene wciý

stara si« odpowiedzie na te pytania,

juý jako profesor fizyki i matematyki

w Columbia University. Cieszy si« opi-

ni jednego z najlepszych na æwiecie

specjalistw od teorii strun, obiecujcej

objaæni ca¸y Wszechæwiat wraz z jego

pocztkiem i ewolucj. W myæl tej teo-

rii ca¸a materia i si¸y sk¸adaj si« z nie-

zwykle ma¸ych p«tli, ktre wygldaj

jak struny. Drgajce w rýnoraki spo-

sb p«tle staj si« podstawowymi czst-

kami, takimi jak elektrony, gluony i fo-

tony. Teoria ta, dzi«ki swoim niezwykle

szerokim moýliwoæciom opisywania

dzia¸ania wszystkiego, sta¸a si« najbar-

dziej ekscytujc koncepcj w fizyce teo-

retycznej, a Greene zyska¸ opini« najgo-

r«tszego jej propagatora i znawcy. S¸aw

sw przymi¸ nawet Edwarda Wittena

z Institute for Advanced Study w Prin-

ceton w New Jersey.

Wydaje si«, ýe pisane mu by¸o odci-

sn swoje pi«tno na nauce. W wieku

pi«ciu lat, zafascynowany moýliwoæcia-

mi, jakich dostarczaj proste zasady

arytmetyki, sp«dza¸ czas, mnoýc przez

siebie 30-cyfrowe liczby, ktre pisa¸ mu

ojciec. Aby pomieæci rachunki, musie-

li skleja duýe arkusze papieru. W sz-

stej klasie okaza¸o si«, ýe m¸ody Brian

wyczerpa¸ juý wszystkie rd¸a wiedzy

matematycznej w swojej szkole. Za je-

go namow jeden z nauczycieli napisa¸

list z proæb o pomoc w dalszej eduka-

cji zdolnego ucznia. Greene i jego star-

sza siostra udali si« z listem do Colum-

NA BOISKU BOHRA I EINSTEINA: w swych badaniach naukowych Brian Greene

dýy do unifikacji mechaniki kwantowej i oglnej teorii wzgl«dnoæci.

bia University. ãPo kolei pukaliæmy do

wszystkich drzwiÓ Ð wspomina Greene.

Gdy wreszcie trafi¸ na Wydzia¸ Infor-

matyki, pozna¸ tam doktoranta z mate-

matyki Ð Neila Bellinsona, ktry zgo-

dzi¸ si« nieodp¸atnie wzi go pod swoj

opiek«.

Po tak pomyælnym pocztku w 1980

roku Greene wstpi¸ na Harvard Uni-

versity, wybierajc fizyk« jako g¸wny

przedmiot studiw. Tam po raz pier-

wszy zda¸ sobie spraw« z tego, ýe dwa

filary wsp¸czesnej fizyki Ð mechani-

ka kwantowa, opisujca atomy i czst-

ki subatomowe, oraz oglna teoria

wzgl«dnoæci, opisujca zjawiska astro-

nomiczne, takie jak czarne dziury, nie

daj si« ze sob pogodzi. ãWyglda to

tak, jakby prawa dla ma¸ych obiektw

by¸y w sprzecznoæci z prawami dla du-

ýych Ð mwi Greene. Jest to uciýliwy

sekret fizyki wsp¸czesnej. Ð Faktu nie-

pasowania do siebie tych dwch teorii Ð

dodaje Ð w¸aæciwie nie omawia si« ze

studentami.Ó

O moýliwoæciach usuni«cia tej trud-

noæci Greene dowiedzia¸ si« dopiero ja-

ko stypendysta Oxford University. By-

¸o to w po¸owie lat osiemdziesitych;

fizykom w¸aænie uda¸o si« zapanowa

nad kilkoma niefortunnymi potkni«cia-

mi w teorii strun, a sama idea jako spo-

sb na zunifikowanie mechaniki kwan-

towej i oglnej teorii wzgl«dnoæci prze-

ýywa¸a chwalebne odrodzenie. Po wy-

s¸uchaniu wyk¸adu na ten temat Gree-

ne ca¸kowicie poæwi«ci¸ si« tej teorii.

W swej pracy doktorskiej bada¸ moýli-

16 å WIAT N AUKI Czerwiec 2000

S woje poszukiwania Brian Gree-

woæci sformu¸owania przewidywaÄ teo-

rii strun dajcych si« sprawdzi do-

æwiadczalnie. Badania kontynuowa¸ na

Harvardzie, a potem w Cornell Univer-

sity. W 1996 roku Greene wrci¸ do No-

wego Jorku, gdzie w Columbia Univer-

sity zapocztkowa¸ program badawczy

nad teori strun. Tym sposobem, zato-

czywszy pe¸ne ko¸o, powrci¸ do uni-

wersytetu, w ktrym uczy¸ si« jako m¸o-

dy ch¸opak.

Manhattan wydaje si« dla niego wy-

marzonym miejscem. Greene nosi ele-

ganckie czarne ubrania i cz«æciowo z te-

opisa ten surrealistyczny krajobraz, po-

dobnie jak niegdyæ Isaac Newton mu-

sia¸ wymyæli rachunek rýniczkowy,

aby opisa oddzia¸ywanie si¸ na cia¸a.

Najpowaýniejszym bodaj wk¸adem

GreeneÕa w rozwj teorii strun jest je-

go odkrycie z roku 1992, gdy sp«dza¸

urlop naukowy w Institute for Advan-

ced Study. Wraz ze wsp¸pracownika-

mi z Duke University: Paulem S. Aspin-

wallem i Davidem R. Morrisonem,

Greene wykaza¸, jak tkanka przestrze-

ni mog¸aby si« rozrywa i sama napra-

wia, przynajmniej wed¸ug teorii strun.

na SSC (Superconducting Super Colli-

der Ð Nadprzewodzcym Superakcele-

ratorze). Niestety, Kongres USA nie

zgodzi¸ si« na finansowanie tego gigan-

tycznego akceleratora w Teksasie. ãGdy-

byæmy zbudowali to urzdzenie, zro-

bilibyæmy wielki krok naprzd w rozu-

mieniu teorii Ð mwi Greene, ktry poj-

muje zreszt niech« spo¸eczeÄstwa do

finansowego wspierania wielomiliar-

dowych inwestycji naukowych. Ð We-

d¸ug mnie panuje przekonanie, iý szu-

kamy wyjaænienia kilku szczeg¸w

ezoterycznej wiedzy, ktre interesuj

tylko fizykwÓ Ð stwierdza z ubole-

waniem. W¸aænie ta b¸«dna powszech-

na opinia sk¸oni¸a GreeneÕa do napisa-

nia ksiýki pt. The Elegant Universe ,

ktra sta¸a si« bestsellerem. Objaænia

ona znaczenie strun dla zrozumienia

kosmosu oraz t¸umaczy, jak za ich po-

moc moýemy odpowiedzie na niekt-

re z najtrudniejszych pytaÄ stawianych

przez ludzkoæ.

Znakomicie, prostym j«zykiem napi-

sana ksiýka GreeneÕa doczeka¸a si«

dwch dodrukw w pierwszym miesi-

cu po ukazaniu si« na rynku, a autor mu-

sia¸ si« wkrtce wcieli w now rol«.

Dzi«ki niezwyk¸emu talentowi przetwa-

rzania ezoterycznych koncepcji w pro-

ste opowiadania oraz m¸odzieÄczej uro-

dzie Greene sta¸ si« wkrtce gwiazd

fizyki teoretycznej.

Sp¸ywa¸y naÄ rozliczne splendory:

pe¸na widownia na odczytach, wyst«py

telewizyjne, z ktrych najwaýniejsze to

godzinny wywiad w specjalnym wyda-

niu seryjnego programu telewizji ABC

Ð Nightline in Primetime oraz niewielka

rola w kr«conym obecnie filmie Frequ-

ency u boku Dennisa Quaida. Analityk

polityczny George Stephanopoulos,

z ktrym Greene uprawia¸ biegi podczas

pobytu w Oksfordzie, ýartowa¸, ýe Gre-

ene, ktry pozosta¸ kawalerem, jest by

moýe pierwszym fizykiem z w¸asnym

fanklubem.

Jednakýe Greene, ktry odpisywa¸

na wszystkie przychodzce poczt elek-

troniczn listy dopty, dopki mg¸

Greene ma niezwyk¸y dar wyk¸adania

ezoterycznych koncepcji w prostych s¸owach.

go powodu przypomina nieco aktora

Davida Schwimmera z telewizyjnego

serialu Przyjaciele Ð prezentujc podob-

ny ch¸opi«cy wdzi«k i talent komiczny.

Tylko lekko przyprszone siwizn k«-

dzierzawe w¸osy zdradzaj jego wiek Ð

38 lat. I cho nie wyglda jak genialny

abnegat i ml ksiýkowy, jest znakomi-

tym uczonym, niezwykle bieg¸ym w

subtelnych zawi¸oæciach teorii strun.

Jak na ironi«, pi«kno metaforyczne-

go przedstawienia teorii w postaci nie-

wypowiedzianie wielkiej liczby strun

wibrujcych w kosmicznej symfonii

w takt jednego jedynego, wszechpot«ý-

nego prawa fizyki, przes¸ania nieco ca-

¸ prawd« o teorii, nie pokazujc jej

straszliwie skomplikowanego aparatu

matematycznego. Oprcz trzech po-

wszechnie znanych wymiarw teoria

strun wymaga dodatkowych wymia-

rw przestrzennych (prawdopodobnie

siedmiu).

Zdaniem jej zwolennikw te dodat-

kowe wymiary s tak ciasno zwini«te,

ýe trudno je dostrzec; podobnie trj-

wymiarowy wý ogrodowy z daleka

wyglda jak jednowymiarowa linia.

Sprawy komplikuj si« jeszcze bar-

dziej, poniewaý odkry-

to, iý istnieje moýliwoæ

rozcigni«cia si« strun

jednowymiarowych w

dwuwymiarowe mem-

brany, ktre z kolei mo-

g si« przetransfor-

mowa w obiekty wy-

ýejwymiarowe. Greene

i inni fizycy zajmujcy

si« t dziedzin musz

wynale niewypowie-

dzianie skomplikowa-

ny aparat matematycz-

ny, ktry pozwoli¸by

Praca ta, cho czysto teoretyczna, zain-

trygow¸a ærodowisko, oglna teoria

wzgl«dnoæci nie dopuszcza bowiem

p«kni« w czasoprzestrzeni. Co wi«cej,

Witten Ð guru zwolennikw teorii strun,

uzyska¸ niezaleýnie ten sam wynik, sto-

sujc zupe¸nie inn metod«.

Niestety, doæwiadczalne potwierdze-

nie rozdar czasoprzestrzeni leýy dale-

ko poza moýliwoæciami dzisiejszej fizy-

ki. Tak naprawd« badacze musz naj-

pierw zademonstrowa ktryæ z dodat-

kowych wymiarw przewidywanych

przez t« teori«, nie mwic juý o dowie-

dzeniu istnienia samych strun. Dlate-

go Greene i inni fizycy z niecierpli-

woæci czekaj na uruchomienie LHC

(Large Hadron Collider) Ð pot«ýnego

akceleratora czstek, budowanego obec-

nie w CERN ko¸o Genewy. Jeæli bo-

wiem wszystko pjdzie zgodnie z pla-

nem, to LHC b«dzie zderza¸ protony

z tak niebywa¸ energi, ýe w reakcjach

powstan niektre z hipotetycznych

ãsuperpartnerwÓ Ð selektrony, sneu-

trina, skwarki i podobne czstki, ktre

przewiduje teoria strun.

Ten sam dowd moýna by uzyska

w eksperymencie przeprowadzonym

BRIAN GREENE: EKSTRACURRICULUM VITAE

¥ Urodzi¸ si« w Nowym Jorku w 1962 roku

¥ Wegetarianin

¥ Jego ojciec uczy¸ æpiewu HarryÕego

Belafonte

¥ Cz¸onek druýyny judo Oxford University

¥ Napisa¸ fragmenty dialogw dla postaci

odtwarzanej przez Johna Lithgowa w 3rd Rock

from the Sun

¥ Zagra¸ we Frequency u boku Dennisa Quaida

¥ Ulubiony odcinek serialu Star Trek:

Miasto na kraw«dzi wiecznoæci

å WIAT N AUKI Czerwiec 2000 17

Kwantowa

teleportacja

Anton Zeilinger

jeszcze podo¸a temu zadaniu, nie

chcia¸by poæwi«ci ca¸ego swojego cza-

su pracy popularyzatorskiej. Nie ma teý

na razie w planach drugiej ksiýki. ãPi-

sanie odbywa si« kosztem pracy badaw-

czej Ð mwi i dodaje, ýe chce pozosta

w awangardzie fizykw. Ð Aby wie-

dzie, co dzieje si« w nauce, musz«

w pe¸ni uczestniczy w badaniach. Mu-

sz« zna wszystkie szczeg¸y i subtel-

noæci.Ó

Skoki adrenaliny Ð to drugi powd

powrotu do pracy badawczej. ãW na-

uce pociga mnie takýe dreszcz emo-

cji towarzyszcych odkryciom nauko-

wym Ð mwi. Ð Nic nie moýe si« rw-

na z chwil, gdy uzmys¸owimy sobie,

ýe odkryliæmy coæ, o czym nikt wcze-

æniej nie wiedzia¸.Ó Obecnie Greene zaj-

muje si« geometri kwantow, tzn. ba-

daniem w¸asnoæci przestrzeni na

niezwykle krtkich odleg¸oæciach Ð rz«-

du prawdopodobnych rozmiarw ty-

powej struny, czyli 10 Ð33 cm (rozmiary

atomu wodoru to oko¸o 10 Ð8 cm). W ta-

kiej skali czasoprzestrzeÄ przestaje by

g¸adka i zakrzywiona Ð a staje si« wzbu-

rzona i spieniona.

Badania te mog pomc w okreæleniu

istoty przestrzeni i czasu. ãJak powsta¸y

przestrzeÄ i czas oraz czy jest coæ jesz-

cze bardziej podstawowego od czasu

i przestrzeni?Ó Ð pyta Greene, nawizu-

jc do postulatu teorii strun mwice-

go, ýe przestrzeÄ i czas mog by jedy-

nie przejawem czegoæ bardziej pod-

stawowego. Odpowiedzi na te pytania

przyczyni si« do wyjaænienia, dlacze-

go czas, przeciwnie niý przestrzeÄ, wy-

daje si« biec tylko w jednym kierunku Ð

naprzd.

Te i inne podstawowe zagadki moýna

by ¸atwiej rozwiza, gdyby naukowcy

znali nadrz«dn koncepcj« leýc u pod-

staw teorii strun. Dla oglnej teorii

wzgl«dnoæci tak kluczow zasad by¸a

krzywizna czasoprzestrzeni. Interesuj-

cy jest fakt, ýe wi«kszoæ teorii rozwija-

¸a si« z gry na d¸ Ð poczynajc od

prze¸omowego pomys¸u, z ktrego na-

st«pnie wyp¸ywaj rwnania. Tymcza-

sem teoria strun budowana jest od do-

¸u do gry.

Dla GreeneÕa ta waýna luka w wiedzy

Ð za przyczyn jakiej to fundamentalnej

zasady teoria strun musia¸aby by praw-

dziwa? Ð jest rwnie frustrujca, co pro-

wokujca do dzia¸ania. ãWyobramy so-

bie obraz p«dzla wielkiego artysty,

w ktrym ktoæ powycina¸ dziury Ð wy-

jaænia Greene. Ð Na podstawie tego, co

zosta¸o, moýemy powiedzie, ýe obraz

by¸ pi«kny, ale chcielibyæmy obejrze go

w ca¸oæci. I w¸aænie tym si« teraz zajmu-

jemy.Ó

Anton Zeilinger

Sprytne myszy

Joe Z. Tsien

Odkrycie

brzowych kar¸w

Gibor Basri

Ziemia z orbity

Michael D. King

i David D. Herring

Michael D. King

i David D. Herring

AIDS w Afryce

Carol Ezzell

Kajaki Aleutw

George B. Dyson

Psychologia t¸umu

Frans B. M. de Waal,

Filippo Aureli i Peter G. Judge

Alden M. Hayashi

Frans B. M. de Waal,

Filippo Aureli i Peter G. Judge

Kwantowa

teleportacja

Kwantowa

teleportacja

Anton Zeilinger

Sprytne myszy

Joe Z. Tsien

Odkrycie

brzowych kar¸w

Odkrycie

brzowych kar¸w

Gibor Basri

Ziemia z orbity

Michael D. King

i David D. Herring

AIDS w Afryce

Carol Ezzell

AIDS w Afryce

Carol Ezzell

Kajaki Aleutw

George B. Dyson

Psychologia t¸umu

Frans B. M. de Waal,

Filippo Aureli i Peter G. Judge

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: