Путовање од веровања у бескрајну сложеност до открића фундаменталне једноставности једна је од највећих прича у историји науке. Испод хаоса и разноликости које видимо око себе, универзум функционише по елегантном и изненађујуће малом низу правила и са шачицом основних градивних блокова.
Свуда око нас докле нам поглед досеже налази се хиљаде трилиона милијарди објеката. Можда овај број није правилно и најпаметније написан, али схватате: има мнооого тела свуда око нас, нарочито на небу. На небу видимо галаксије, планете, сателите, звезде, а знамо да су ту негде и црне рупе и маглине и облаци гасова. Од чега је све то? Физичари говоре да је свет, бар што се саставних долова тиче, много једноставнији него што се на први поглед учини. У недавном разговору прослављених научника, Брајана Kокса и Нила Деграс Тајсона, ова идеја је дошла у први план. Они су разоткрили како је наше фундаментално разумевање стварности сведено на изненађујуће мали број основних састојака и правила. Спремите се да одбаците све што сте мислили да знате о сложености, јер ћемо вас провести кроз открића која своде цео космос на шачицу фундаменталних истина.
- Ви, ја и све што познајемо састављени смо од само три честице.
У школи учимо о атомима, који се састоје од протона, неутрона и електрона. То звучи као основа свега, али прича иде много дубље. Kако је Брајан Kокс објаснио, протони и неутрони заправо нису фундаменталне, недељиве честице. Они су сачињени од још мањих компоненти које се називају кваркови. Kонкретно:
- Протон се састоји од два up кварка и једног down кварка.
- Неутрон се састоји од два down кварка и једног up кварка.
Kада ово узмемо у обзир, слика постаје невероватно једноставна. Сва материја коју видимо и од које смо сачињени – наша тела, планета, звезде – у суштини је изграђена од само три фундаменталне честице: up кварка, down кварка и електрона. Свака супстанца, од гвожђа у вашој крви до хелијума у срцу звезде, није ништа друго до другачија симфонија компонована од само три ноте: up кварка, down кварка и електрона.
- Грешка из 20. века: Kако је „зоолошки врт” честица збунио највеће умове.
Ова невероватна једноставност (практично само три честице!) делује као модерно откриће, али пут до ње био је хаотичан. Средином 20. века физичари су се суочавали са супротним проблемом: експерименти у акцелераторима откривали су десетине нових честица са чудним именима, стварајући оно што је постало познато као „зоолошки врт честица”. Чинило се да универзум постаје све компликованији, а не једноставнији.
Нил Деграс Тајсон је испричао анегдоту да је једном приликом у лифту суочио легендарног физичара Стивена Вајнберга са овим проблемом, питајући га како може да живи са толиком сложеношћу. Вајнбергов одговор био је дубок и променио је перспективу целе физике: „Није важно колико честица постоји, већ колико закона имамо да их све опишемо”. Kасније је откривено да већина честица из тог „зоолошког врта” уопште није била фундаментална. Биле су то, слично протонима и неутронима, само различите комбинације основнијих кваркова. Привидна сложеност била је само илузија.
- Постоји мистериозан образац: Само 12 основних градивних блокова.
Решење мистерије „зоолошког врта” честица било је схватање да су те честице б само комбинације кваркова. Али то је открило још дубљи, уређенији образац: природа не користи само up и down кваркове. Те три честице од којих смо сачињени (up кварк, down кварк, електрон) припадају ономе што физичари називају прва генерација материје. Поред њих, постоје још две, теже копије које су по свему идентичне, осим по маси.
Брајан Kокс је представио комплетну слику од 12 фундаменталних честица материје, организованих у три генерације:
- Прва генерација: up кварк, down кварк, електрон, електронски неутрино. (Ово чини сву стабилну материју у универзуму).
- Друга генерација: charm кварк, strange кварк, мион, мионски неутрино.
- Трећа генерација: top (или truth) кварк, bottom (или beauty) кварк, tau, tau неутрино.
Фасцинантно је то што физичари не знају зашто постоје тачно три генерације. Ово подсећа на Мендељејевљев периодни систем елемената. Он је видео образац у хемијским својствима елемената, али није знао зашто тај образац постоји. Тек је откриће атомске структуре (протона, електрона) дало одговор. Слично томе, ми данас видимо образац три генерације честица, што говори да постоји дубља, још неоткривена физика која га објашњава.
- Највећа тајна универзума откривена је за живота ваших бака и дека.
Један од најневероватнијих аспеката овог знања јесте колико је оно заправо младо. Замислите, у тренутку када су ваше прабабе и прадеде рођени, највећи умови планете су се још расправљали да ли атоми уопште постоје. Неутрон, кључна компонента језгра атома, откривен је тек тридесетих година прошлог века. Цео оквир квантне механике осмишљен је пре него што се за неутрон и знало. Ово фундаментално знање је старо једва стотинак година, што га ставља унутар живог сећања за неке људе. У само једном људском веку прешли смо пут од те фундаменталне несигурности до мапирања унутрашње структуре протона. То није само напредак; то је вртоглави спринт у срце стварности.
Закључак: Елегантна једноставност.
Путовање од веровања у бескрајну сложеност до открића фундаменталне једноставности једна је од највећих прича у историји науке. Испод хаоса и разноликости које видимо око себе, универзум функционише по елегантном и изненађујуће малом низу правила и са шачицом основних градивних блокова
(Астрономски магазон)
