Jesteśmy społecznością, która kocha książki

Bez wina i skwarków nie będzie szarlotki?! (*) Fizyka wysokich energii skupia się na stawianiu fundamentalnych pytań o realność – z czego zbudowana jest materia na podstawowym poziomie oraz w jaki sposób powstała. Sięga do kosmologii, mechaniki kwantowej, współczesnych zaawansowanych teorii pola by opisać świat najogólniejszym językiem. Jest trudna, pełna otwartych pytań, jednocześnie formalna i spekulatywna. Na szczęście jest też wdzięcznym tematem do popularyzacji, bo sednem jej dociekań są ekstremalne skale czasu, rozmiarów i energii. Jej rozwój od pierwszych pytań o istnienie atomów z końca XIX wieku, jest jednocześnie emblematem ewolucji całej fizyki i ciekawego napięcia między teorią a doświadczeniem. Młody fizyk eksperymentalny Harry Cliff, pracownik przy jednym z detektorów LHC (**),odważył się opowiedzieć historię tej dziedziny, przybliżyć całą menażerię cząstek elementarnych, włącznie z najnowszymi nierozwiązanymi zagadkami o istnienie czegokolwiek. „Jak zrobić szarlotkę od podstaw” to z reguły udana próba przystępnego opowiedzenia o zdumiewającym świecie biliardy razy mniejszego od kropki na końcu tego zdania, który ostatecznie modeluje codzienność postrzeganą w każdej skali. Nieco nieformalny język i odważna lekka narracja przeplatana opisami z życia zawodowego młodego badacza, zasługuje na uwagę laika, którego ciekawią elektrony czy protony, nie boi się wyzwań i chętnie sprawdzi do czego doprowadziło naukę pytanie – co się stanie gdy zaczniemy kroić ciasto na coraz mniejsze kawałki. Cliffowi bardzo dużo rzeczy się udało. Po pierwsze przyszpilił czytelnika równym i wysokim stopniem intensywności przekazu. Elastycznie przechodził od detalu do podsumowania i akcentował otwarte zagadnienia, które w następnych latach stawały się kluczowe. Dostaliśmy przykładowo nieszablonowe i bardzo żywe opisy pierwszych eksperymentów Rutherforda. Do tego znajdziemy pięknie odtworzenie procesu odkrycia elektronu (str. 68-72) czy jasno rozpisane proste rachunki (dodawanie do 14-tu) tłumaczące w pierwotnej kosmologicznej bariogenezie stosunek ilościowy helu do wodoru, który przyjął finalną wartość w pierwszej minucie po Wielkim Wybuchu (str. 201). Obrazowe pokazanie zasad działania LHC poprzez śledzenie drogi przebytej przez protony (str. 304-308),to również kawał dobrej roboty. Szkoda, że nie dodał doktor ilustracji pokazującej tor cząstek w akceleratorze. Bardzo dobrym i udanym pomysłem było przybliżenie różnych eksperymentów współcześnie trwających, które stawiają sobie za cel rozwiązanie cząstkowych pytań mających pomóc rozwikłać niejasności Modelu Standardowego (MS)(***). Poza europejskim CERN są przecież inne obserwatoria – interferometry, monitorowane ogromne zbiorniki z wodą głęboko pod ziemią czy niewielkie eksperymenty (jak ALPHA),które chciałyby ostatecznie ustalić z czego ta szarlotka jest zrobiona. Zdecydowanie wysokie noty należą się za detektywistyczną narrację, która dotyczy bardzo ważnego pytania o asymetrię między cząstkami a antycząstkami. Sama nazwa nie ma znaczenia (‘kation’ można by nazwać ‘anionem’, a ten ostatni w konsekwencji ‘kationem’ – to nieistotne w binarności językowej, bo chodzi o jednoznaczność semantyczną w głowach osób używających tych słów). W przypadku antymaterii chodzi o zdumiewająco trudny do pełnego opisania mechanizm, który sprawił, że jest raczej coś niż nic w całym kosmosie. Skoro istniejemy, to coś w bilionowych sekundach po Wielkim Wybuchu sprawiło, że nie wszystkie pary cząstka-antycząstka zniknęły tworząc fotony. Ostatnia 1/3 książki, to głównie ten powracający w kolejnych odsłonach problem. Może cytat, jako próbka języka ‘relaksującego czytelnika’, akurat przywołujący problem antymaterii jako komentarz do książki i filmu „Anioły i demony” (str. 351): „W 1999 roku NASA oszacowała, że wyprodukowanie jednego grama antywodoru (co jest mniej więcej ilością potrzebną do zbudowania bomby zdolnej zniszczyć miasto) zajęłoby tyle czasu, ile wynosi wiek Wszechświata i kosztowałoby około 62,5 bln dolarów, zatem dla iluminatów taniej i szybciej byłoby wykupić Watykan, a następnie zatrudnić armię budowniczych, którzy rozebraliby go cegła po cegle.” Dowcip i ‘luzacki’ język, to zapewne szczera przypadłość Cliffa, więc chyba nie ma u niego w tym jakieś kalkulacji, gdy pisze o fundamentalnym problemie hierarchii (str. 371): „Coś takiego mocno śmierdzi każdemu, kto jest fizykiem, i mówimy tu o smrodzie wydzielanym przez halibuta pozostawionego przez kilka miesięcy za kanapą podczas niezwykle gorącego lata.” Przyzwyczajony jestem do ‘skondensowanej narracji’, która skróciłaby książkę dwukrotnie. Mam jednak świadomość, że inni mogą potrzebować oddechu od nowego dla nich słownictwa, więc akceptuję formułę analogii, wtrąceń, didaskaliów i ‘opisów rodzajowych’. To jest o tyle zasadne, że w wielu zawiłych zagadnieniach bardzo trafnie Cliff przewiduje problemy u odbiorcy, więc dobierając ostrożnie słowa, wraca do węzłowych zagadnień patrząc na nie z innej perspektywy. Przykładowo, trudny problem rozpadu kwarka pięknego (akurat badany w LHC w eksperymencie detektora LHCb, którego autor jest uczestnikiem) nieszablonowo porównał do przesiadek kolejowych (str. 390-391). Fizyk jest w tych pomocnych ‘dźwigniach wyobraźni’ naprawdę dobry (i głównie z tego powodu przymykam oko na kolokwializmy). Zakres tematyczny i prześledzona w książce historia z powracającym pytaniem o skład szarlotki na najbardziej podstawowym poziomie, to duży plus. Wynika z lektury chociażby ważny fakt, że fizyka wysokich energii, jako dział tej nauki, bardzo szeroko korzysta z postępu wszystkich nauk fizycznych, zarówno w wersji doświadczalnej jak i teoretycznej. Sama matematyka wymagana, to pełne spektrum zastosowań jej narzędzi. Jest kosmologia i instrumentarium doświadczalników, bo przecież LHC jest w pewnym sensie ogromnym magnesem, zamrażarką, pompą próżniową i działem strzelającym protonami – i w tym wszystkim właściwie bije ludzkie innowacyjne rekordy świata. Cliff językiem i doborem argumentów stara się to bardzo dobrze przekazać. Oparł się przy okazji pokusie, by nie rozpisywać się o teorii strun, co mogłoby go zaprowadzić niepotrzebnie do ‘syndromu AdS/CFT’ (polecam komentarz w mojej opinii do książki „Droga do Wszechświata” M. Dine). W efekcie nie zbacza z ciekawej drogi popularyzacji z całym kolorytem w kierunku galopady slangowej fizyki i zawiłej hermetyczności skrótów i detali. Z kolejnymi rozdziałami, nieuchronnie, potrzebna uwaga czytelnika jednak nieco rośnie. Nieco krytycznym okiem. Książka przez pierwsze 60% tekstu jest z marszu przyswajalna przez każdego. Dominuje tam opowieść prowadząca do odkrycia struktury atomów i kluczowych cząstek elementarnych ujętych w ramach powstałego ponad pół wieku temu MS. Pozostałe 40% wymagają pewnego komentarza. Jest tu nieco trudniej o tyle, że pewne pojęcia stają się mniej intuicyjne (np. symetrie lokalne – str. 291-294) i być może przydałoby się tu ‘ugryzienie tematu’ sięgając do innych książek (****). Nie oznacza to, że gdzieś indziej jest współczesna teoria cząstek elementarnych opisana lepiej/łatwiej, ale że być może inny dobór słów komuś akurat lepiej się przyswaja. Kilka akapitów o ‘modelu bootstrap’ zupełnie nie tłumaczy jego istoty (str. 224). Do dwóch miejsc mam nieco formalnych uwag. Bardzo a-dydaktycznie wypadła sprzeczna (w wyniku niefrasobliwości-?) informacja o pochodzeniu masy cząstek, a przez to wszystkiego co nas otacza. Z jednej strony w przypisie (str. 300) podaje fizyk prawidłowo, że większość masy nie ma źródła w bozonie Higgsa, a w oddziaływaniach kwarków. Dalej jednak sobie zaprzecza, jeśli wyciąga się wnioski z użytych sformułowań (str. 366). W tym samym miejscu zresztą niejasno opisuje tzw. masę pola Higgsa, które jakoś ‘cudownie’ stanowi dwukrotność masy samej cząstki Higgsa (tzw. boskiej cząstki). Do tego nieco autor zagmatwał jednocześnie wywód opisując współczesne problemy fizyki cząstek elementarnych poprzez akcentowanie niezbyt rozsądne akurat tych hipotez, z których autorami się spotkał. Chodzi o badanie kształtu elektronu (str. 267-279) i postulat roboczy istnienia sfaleronu (str. 329-334). W drugim przypadku, kilka stron później nadmienia, że koncepcja sfaleronu nie wytrzymuje raczej próby czasu (str. 339). W ogólności opisy różnych mylnych tropów, to pouczająca lekcja, ale w tych przypadkach zawiłe akurat fragmenty niepotrzebnie zaciemniają obraz. Inaczej jest z pionierskimi próbami umiejscowienia elektronów wewnątrz jądra atomowego dla wyjaśnienia jego masy, gdy nie znano jeszcze neutronów (str. 94). Dodatkowo, ten błędny trop, pomagał w tłumaczeniu rozpadów beta. Całość koncepcji okazała się nieprawdziwa, ale fenomenalnie pokazuje sposób myślenia fizyków niemal sto lat temu i strukturę pułapek, gdy interpretuje się wyniki doświadczeń formułując dla nich teorię. No i jest problem słownictwa. Sam Cliff chyba niepotrzebnie rozszerza pojecie zapachu na leptony, bo w znanej mi literaturze odnosi się je tylko do kwarków. Do tego tłumacz niepotrzebnie/bez weryfikacji zamieszał w nazywaniu kwakrów c. Angielskie ‘charmed quark’ tłumaczy się ‘kwark powabny’ - szkoda duplikować i zaśmiecać głowy innym ‘kwarkiem uroczym’ (np. str. 234),szczególnie że dla dwóch najcięższych kwarków wciąż istnieją dwie alternatywne konkurencyjne nazwy równie często stosowane (b – ‘bottom/beauty’ – ‘spodni/piękny’ i t – ‘top/truth’ – ‘szczytowy/prawdziwy’). Język fizyka jest, jak wspomniałem, bardzo potoczysty, czasem kolokwialny z kilkoma niecenzurowanymi słowami (takie czasy). Niechętnie, ale akceptuje tę nonszalancję. „Jak zrobić szarlotkę od podstaw” to eksperyment opowiedzenia bardzo lekko o trudnych rzeczach. W 90% objętości tekstu – udany. Założony cel prześledzenia ewolucji i pogłębiania się wiedzy o strukturze materii, Cliff wypełnił bardzo dobrze. Zabrakło jedynie komentarza o konkurujących ze sobą hipotezach o pochodzeniu ciemnej materii – temat ten został w kilku zdaniach przywołany z odnotowaniem jednej możliwości rozwiązania, co chyba pozostawia niedosyt i nie domyka najnowszej problematyki cząstek elementarnych. Fizyk podsumowując całość w nieco filozoficznym namyśle nad ostatecznie otwartym problemem o możliwości fundamentalnego poznanie fizykalnego struktur rzeczywistości, ciekawie zawiesza sądy. Być może brak skorowidzu i jakiegoś słowniczka może doskwierać początkującemu w temacie czytelnikowi, ale Internet może szybko pomóc w przypomnieniu sobie kilku pojęć, przy okazji warto pooglądać zdjęcia z LHC i wielkość detektorów w CERN (przede wszystkim ATLAS i CMS),rozmiarami przypominają gotyckie katedry, w tym wypadku jednak położone 100 metrów pod powierzchnią granicy francusko-szwajcarskiej. Warto w książce z uwagą przeczytać rozmowę autora z jednym z fizyków, w której pada krytyka publicznego utyskiwania na dość mizerne jakoby wyniki z kilkunastu lat pracy LHC. Jest w tym sporo pokory, a jednocześnie niesłabnąca dziecięca ciekawość zrozumienia świata i niezachwiana wiara w sens przedsięwzięcia. Demokryt miał zadać pytanie – ile razy da się przekroić kawałek czegoś, by trafić na granicę nieprzekraczalną (stąd starożytny archetyp pojęcia ‘atom’) – szukając analogii do matematycznego podziału odcinka i problemu wymierności proporcji. Szalony redukcjonizm, który z punktu widzenia innych nauk stawiany jest jako zarzut fizyce cząstek elementarnych z największą siłą, to po prostu niezrozumienie specyfiki i obiektowych ograniczeń człowieka. Inaczej się nie da, co zresztą autor książki również ciekawie przedyskutowuje. Wspominając o problemach metodologii, jedynie zaznaczam, że Cliff dojrzale i kontekstualnie umieszcza przedmiot swojej pracy w całym systemie wiedzy. To dodatkowy atut z lektury książki. Wciąż nie wiemy jak od podstaw zrobić szarlotkę, ale prace nad przepisem trwają. BARDZO DOBRE z małym minusem – 8/10 ======= * Choć trudno wytłumaczyć krótko sens tego pytania na gruncie fizyki cząstek elementarnych, to szarlotka reprezentuje w nim dowolną materię (gwiazdy, ludzi, elektrony, niesporczaki, …). Wino to hipotetyczny supersymetryczny fermionowy partner bozonu W. Skwarki to z kolei supersymetryczni bozonowi partnerzy kwarków (homonimiczność z wytopioną słoniną – przypadkowa). Samo pytanie rozważane jest dość szeroko w książce. ** LHC – Wielki Zderzacz Hadronów, czyli przyspieszać protonów usytuowany w ośrodku CERN pod Genewą. *** Model Standardowy, to bardzo myląca nazwa. To właściwie cała fizyka fundamentalna pomijająca tylko zjawiska grawitacyjne. Więc to właściwie meta-teoria, która spina wszystkie siły atomowe, opisuje wszystkie cząstki, dzieląc je na grupy pod kątem różnych właściwości. Uformował się w wyniku XX-wiecznej ewolucji rozumienia atomu, jego budowy i procesów sterujących przemianami, operuje językiem mechaniki kwantowej rozbudowanej do współczesnych teorii kwantowych pól odpowiedzialnych za oddziaływania. **** Podam moją subiektywną listę propozycji, w których dominuje temat cząstek elementarnych. Różne partie mogą być w nich napisane nieco lepiej/gorzej, ale zawsze inaczej. „Boska cząstka” (L. Lederman & D. Teresi, Prószyński 1996); „Pierwsze trzy minuty” (S. Weinberg, Prószyński 1998); „Piękno Wszechświata” (B. Green, Prószyński 2001); „Struktura kosmosu” (B. Green, Prószyński 2005); „W poszukiwaniu harmonii” (F. Wilczek & B. Devine, Prószyński 2010); „Kwantowa granica” (D. Lincoln, Prószyński 2010); „Cząstki na końcu Wszechświata” (S. Carroll, Prószyński 2014); „Dalej niż boska cząstka” (L. Lederman & C. Hill, Prószyński 2015); „Cząstki elementarne” (G. Hesketh, Prószyński 2017); „Masa” (J. Baggott, Prószyński 2018). Na nieco wyższym poziomie od listy jest „Kosmiczna cebula” (F. Close, PWN 1988).