Autor: Maciej Szulik

Pale wbijane w bagno

Słynący ze snobizmu fizyk Ernest Rutherford jest autorem cytatu nadużywanego przez nazbyt dumnych studentów fizyki: „Nauka dzieli się na fizykę i zbieranie znaczków”. Rutherford chciał przez to powiedzieć, że tylko fizyka zajmuje się kompleksowym opisem rzeczywistości, zaś pozostałe nauki tworzą tylko klasery pełne odosobnionych przykładów z podpisami: „etylen”, „jeż”, „mitochondrium”, „czarnoziem”, „kaszalot” itd. Niewiele jest jednak w tym zdaniu prawdy, za to dużo pogardy dla innych nauk przyrodniczych i niezrozumienie odrębnego charakteru matematyki i nauk humanistycznych. Poza tym całe wielkie gałęzie fizyki zajmują się właśnie „zbieraniem znaczków” – klasyfikacją gwiazd i galaktyk, substancji i cząsteczek, cząstek elementarnych…

Dużo więcej prawdy zawiera zdanie, że „fizyka jest jak wbijanie pali w bagno”. Widzimy tylko powierzchnię bagna, a żeby wysondować co jest pod spodem i coś na tym zbudować, potrzeba wiele wysiłku i precyzji. Na początku jest prosto, jednak bagno nie ma dna: tylko od naszej zawziętości zależy, jak głęboko zejdziemy. Obecna sytuacja jest już pełna niezwykle trudnych wyzwań. Proste eksperymenty, z użyciem przedmiotów domowego użytku lub nieskomplikowanych urządzeń – kamieni, świec, soczewek, beczek, czy żabich udek – zapoczątkował w XVI wieku Galileusz. Wnioski z nich płynące są już od dawna znane. W zasadzie pod koniec XIX wieku wydawało się, że wbijanie pali ma się ku końcowi, a do rozwiązania zostało tylko kilka prostych problemów, jak np. promieniowanie nagrzanych ciał. Nic bardziej mylnego. Ale cóż – podobnie mogło się wydawać władcom Mekki, gdy w 622 roku próbowali rozwiązać problem z niewielką grupką ludzi skupioną wokół Mahometa…

Po ponad stu latach mamy więcej pytań niż odpowiedzi, a wbicie każdego centymetra pala wymaga wielkich pieniędzy, zespołów naukowców i lat badań, a także wyobraźni i przyzwyczajenia do odkryć niezgodnych z intuicją i zdrowym rozsądkiem.

Fizyka współcześnie

Odpowiedzią na kilka niejasności z końca XIX wieku okazała się fizyka kwantowa – ulubiona deus ex machina (czyli rozwiązanie zawiłości i sprzeczności przez wprowadzenie czegoś nowego)twórców uniwersum Marvela. Zakłada ona, że światło podzielone jest na porcje, a wszystko dzieje się z pewnym prawdopodobieństwem (również to, że wjeżdżając samochodem w mur, przenikniemy przez niego bez szwanku – to oczywiście dzieje się z bardzo, bardzo małym prawdopodobieństwem. Jest to tak zwane tunelowanie).

Szybko pojawiły się nowe niejasności wynikające z niespodziewanych wyników eksperymentów. Do opracowania całej teorii względności Einsteinowi wystarczyło tylko jedno doświadczenie obalające założenie o istnieniu eteru (doświadczenie Michelsona-Morleya), a potwierdziło ją odrobinę niestandardowe zachowanie Merkurego (precesja Merkurego). Dziś pozwala nam ona korzystać z GPSów, ale przewiduje też nieoczywiste efekty, jak paradoks bliźniąt (bliźniak wysłany w podróż kosmiczną może wrócić z niej młodszy od swojego brata).

Współcześnie największe i najdroższe urządzenie na świecie, Wielki Zderzacz Hadronów w ośrodku CERN w Genewie, od lat zajmuje się zderzaniem ze sobą różnych cząsteczek i przetwarzaniem terabajtów danych dotyczących tego, co jest efektem takiego zderzenia (tak jak efektem zderzenia dwóch samochodów są części wystrzeliwujące we wszystkich kierunkach). Składa się z tunelu w kształcie okręgu o długości 23 km, w którym panuje ekstremalna próżnia, a otoczony jest olbrzymimi magnesami i detektorami.  Efektem wielkiego wysiłku i pieniędzy włożonych przez lata w działanie  tego i innych zderzaczów jest odkrycie i klasyfikacja dziesiątek cząstek: dwunastu żyjących niezależnie leptonów (np. elektron, neutrina…), dwunastu kwarków tworzących różne bariony (np. neutron, proton…) i mezony (np. pion, kaon…) oraz dwunastu bozonów (np. foton, gluony…) pośredniczących w oddziaływaniach pozostałych cząstek. Tworzą one wielki klaser cząstek elementarnych, nazywany Modelem Standardowym. Prawie cała materia składa się tylko z kilku z nich: elektronów, neutrin i kwarków u oraz d, tworzących protony i neutrony. Jak już powiedzieliśmy, dalsze wbijanie tego pala, np. okrycie wewnętrznej struktury kwarków, wymaga prawdopodobnie jeszcze większych i droższych urządzeń…

Cząstki elementarne to nie jedyny front, na którym zawzięcie walczą fizycy. Olbrzymie projekty poszukują obecnie fal grawitacyjnych (LIGO i VIRGO), natury neutrin (GERDA), czarnych dziur (EHT) czy ciemnej materii (DARKSIDE). Zastanawiamy się nad unifikacją podstawowych oddziaływań i ciemną energią.

Złożoność i trudność badań prowadzonych nad tymi zagadnieniami mogłaby spowodować zniechęcenie, tym bardziej, że większość z nich nie będzie miało jakiegokolwiek przełożenia praktycznego w przewidywalnej przyszłości. Naturalnie motywacją jest sama wiedza dotycząca struktury Wszechświata czy technologie opracowane przy okazji wielkich projektów fizycznych i potem wykorzystywane w praktyce. Oprócz tych znanych argumentów istnieje też mniej oczywisty  powód, dla którego warto sobie zadawać ten trud. Pozwólcie, że zacznę od krótkiego wprowadzenia

Na pierwszej linii frontu

Od wieków wojna jest bardzo skutecznym i niezwykle cynicznym sposobem mocarstw na zwiększenie swojego bogactwa: zdobycie terytoriów i surowców, ale również sztuczne napędzenie przemysłu i zatrudnienia. Nie przez przypadek upadek Rzymu zaczął się wkrótce po zahamowaniu jego ekspansji, na świecie są tylko 22 państwa, wobec których Imperium Brytyjskie nie posunęło się do agresji na którymś z etapów swojej historii, a Stany Zjednoczone stały się światowym mocarstwem po pierwszej i drugiej wojnie światowej. Jak pisał Julian Tuwim w wierszu „Do prostego człowieka”, śpiewanym przez zespół Akurat:

Wiedz, że to bujda, granda zwykła, gdy ci wołają: „Broń na ramię!”,
Że im gdzieś nafta z ziemi sikła i obrodziła dolarami;
Że coś im w bankach nie sztymuje, że gdzieś zwęszyli kasy pełne
Lub upatrzyły, tłuste szuje, cło jakieś grubsze na bawełnę.

A papież Franciszek w swojej ostatniej encyklice Fratelli Tutti podkreśla (pkt 258)[1]:

„Tak łatwo wybrać wojnę, posługując się wszelkiego rodzaju wymówkami, pozornie hu­manitarnymi, obronnymi lub prewencyjnymi, uciekając się także do manipulacji informacją. Faktycznie, w ostatnich dekadach wszystkie woj­ny były rzekomo „usprawiedliwione”. […] bardzo trudno jest dziś utrzymać racjonalne kryteria, które wypracowano w poprzednich wie­kach, by mówić o możliwości „wojny sprawiedli­wej”. Nigdy więcej wojny!”

Tutaj dochodzimy do tego nieoczywistego powodu, dla którego warto inwestować w naukę: może mogłaby się ona stać nową wojną? Doskonałym przykładem potwierdzającym taką możliwość jest Internet: jak wiadomo, jego początki to amerykański projekt wojskowy służący rozproszonemu przechowywaniu dokumentów na wypadek ataku nuklearnego. Jednak już podwaliny europejskiego Internetu zostały położone we wspomnianym wyżej CERNie, w celu gromadzenia i przesyłania olbrzymich ilości danych produkowanych w eksperymentach.

Podobnie wygląda sprawa z energią nuklearną czy podbojem kosmosu – początkowo napędzany przez zimną wojnę, obecnie jest prowadzony w znacznej mierze przez firmy prywatne, jak SpaceX, i wymaga współpracy USA i Rosji (do niedawna Międzynarodowa Stacja Kosmiczna była zaopatrywana z rosyjskiego kosmodromu Bajkonur).

Nauka może w sposób bardziej etyczny zapewnić dostęp do terytoriów (Księżyc, Mars) i surowców (wydobycie z asteroid i Księżyca, szczególnie niezwykle cennych metali ziem rzadkich), państwa mogą napędzać przemysł i zatrudnienie przy produkcji specjalistycznej aparatury naukowej, równie nieużytecznej na co dzień jak czołgi i krążowniki. Dzięki niej możemy też walczyć na wspólnych frontach ludzkości: w walkach z globalnym ociepleniem, chorobami czy ubóstwem. Pozostaje pytanie, czy – jako ludzkość – odważymy się kiedyś wspólnie na taki krok?

[1] Pełny cytat: „Tak łatwo wybrać wojnę, posługując się wszelkiego rodzaju wymówkami, pozornie hu­manitarnymi, obronnymi lub prewencyjnymi, uciekając się także do manipulacji informacją. Faktycznie, w ostatnich dekadach wszystkie woj­ny były rzekomo „usprawiedliwione”. Katechizm Kościoła Katolickiego mówi o możliwości upraw­nionej obrony przy użyciu siły zbrojnej, co ozna­cza wykazanie, że istnieją pewne „ścisłe warunki uprawnienia moralnego”. Łatwo jest jednak popaść w zbyt szeroką interpretację tego moż­liwego prawa. Próbuje się w ten sposób uspra­wiedliwić także ataki „prewencyjne” lub dzia­łania wojenne, które łatwo pociągają za sobą „poważniejsze zło i zamęt, niż zło, które nale­ży usunąć”. Chodzi o to, że od czasu rozwoju broni jądrowej, chemicznej i biologicznej, a także ogromnych i coraz większych możliwości, jakie dają nowe technologie, wojnie dano niemożli­wą do skontrolowania moc niszczycielską, która uderza w wielu niewinnych cywilów. Doprawdy „ludzkość nigdy nie miała tyle władzy nad sobą samą i nie ma gwarancji, że dobrze ją wykorzy­sta”. Nie możemy już zatem myśleć o wojnie jako o rozwiązaniu, ponieważ ryzyko prawdopo­dobnie zawsze przeważy nad przypisywaną jej hipotetyczną użytecznością. W obliczu tej sytu­acji, bardzo trudno jest dziś utrzymać racjonalne kryteria, które wypracowano w poprzednich wie­kach, by mówić o możliwości „wojny sprawiedli­wej”. Nigdy więcej wojny!”  Fratelli Tutti, pkt 258