Zagadka nieskończoności. Kwantowa teoria pola. Na tropach porządku Wszechświata

XX-wieczną fizykę ukształtowały dwie wizje opisu rzeczywistości. Pierwszą była teoria względności, drugą kwantowa teoria mikroświata. Badacze tego drugiego filara współczesnej fizyki szybko natrafili na kłopotliwą przeszkodę - nieskończoność. Świat matematyki zbudowany jest na tym pojęciu, jednak żadna spójna koncepcja świata testowalnego eksperymentalnie nie może na nim bazować. Jest 'złem wcielonym' w ilościowym opisie przyrody. Piękna mechanika kwantowa szybko okazała się prowadzić do takich osobliwości - równania elektrodynamiki kwantowej (QED) dawały nieskończoności. W środowisko fizyków wkradło się podenerwowanie. Za ten zamęt odpowiadała zasada nieoznaczoności Heisenberga, która dopuszcza 'pożyczanie' energii z próżni na krótki czas, prowadząc do buzowania przestrzeni pojawiającymi się efemerycznymi cząstkami, które jak 'króliki z kapelusza' tworzą pianę kwantową. Paul Dirac stworzył QED, Oppenheimer wykazał istnienie problemu nieskończoności. Zaczął się wyścig z czasem by jak najszybszej zlikwidować przeszkodę (str. 40-50) . Fizyka fundamentalna potrzebowała renormalizacji, czyli mechanizmu wyrugowania okropnych nieskończoności z równań. Od 1929 roku temu zajęciu oddali się najwięksi fizycy - Dirac, Feynman, Schwinger, Dyson,Weinberg, Wilczek, Higgs i wielu innych. Frank Close, jednocześnie biorąc udział w tym procesie, pokusił się o spisanie historii zmagań naukowców z tym problemem na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci. Jego "Zagadka nieskończoności. Kwantowa teoria pola na tropie porządku Wszechświata" zdaje relację z pasji, goryczy porażki, frustracji, zakulisowych zabiegów o nominację noblowską, debat i dyskusji o pierwszeństwo w osiągniętym sukcesie. Świat fizyków okazuje się co najmniej tak naładowany emocjami, jak próżnia wirtualnymi cząstkami.

Książka stawia kilka wymagań czytelnikowi, który musi się przede wszystkim liczyć z poświęceniem czasu na zrozumienie fragmentów trudniejszych, bo tak naprawdę one są osią narracji (nie warto trudniejszych partii pomijać). Close operuje fachowym słownictwem, choć te najtrudniejsze i niezbędne w wywodzie pojęcia wyjaśnia ciekawie i nieszablonowo. Dowiadujemy się, czym jest renormalizacja QED i tzw. grafy Feynmana, które pozwalają pozbyć się nieskończoności (str.. 74-84) . Pokazuje czym jest spontaniczne łamanie symetrii, które odpowiada za masy bozonów i krótki zasięg sił jądrowych, czyli w efekcie umożliwia ono istnienie atomów i życie ziemskie (str. 154-172,215). Opisuje mechanizm Higgsa i bozon Higgsa (str. 204-212),które na chwilę pojawiły się nawet na pierwszych strony gazet w 2012, gdy w CERN-ie potwierdzono eksperymentalnie teoretyczne ustalenia sprzed ponad 40-tu laty. Tłumaczy, czemu w fizyce tak ważna jest potrzeba unifikacji sił, czemu nadbudowy matematycznej dostarcza potężna teoria Yanga-Millsa (str. 100-109) . Pokazuje jak teoretycy, uzbrojeni w ołówek i kartkę, opierając się na poczuciu piękna i symetrii praw, byli w stanie stworzyć opis zjawisk fundamentalnych, który z dokładnością do miliardowych części potwierdziły późniejsze eksperymenty w akceleratorach.

Czytelnika, który nie śledzi rozwoju współczesnej fizyki, może zaciekawić fakt, że wielokrotnie w historii o sławie decydowały pojedyncze dni czy szybkość działania poczty (kto pierwszy opublikuje, ten będzie w panteonie sław). Close unaocznia, jak czasem niewiele brakowało, aby nazwy pewnych zjawisk były w podręcznikach sygnowane innymi nazwiskami. Pokazuje, jak w chwilach przełomu napięcia związane z potencjalnym sukcesem nakręcały spiralę sportowej rywalizacji.

Niezmiernie ciekawie Close opisał zderzenia wielkich osobowości: nonszalanckiego Feynmana i sztywnego Schwingera, przyjaciół Veltmana i t'Hoofta, których zażyłość zakończyła się chłodno, buńczucznego Gell-Manna i dociekliwego Weinberga, zamkniętego w sobie dziwaka Warda czy potrzebującego autopromocji Salama. Sama jesień 1979, przed ogłoszeniem kolejnych Nagród Nobla, kiedy wyczekiwano przyznania jej za unifikację oddziaływań elektromagnetycznych i słabych, opisana szczegółowo pokazuje ciekawie mechanizmy lobbingu (str. 343-347). Podobne napięcie panowało w 2012, kiedy odkrycie bozonu Higgsa, po 45 latach od jego przewidzenia, 'wisiało w powietrzu' od tygodni, a wyniki starano się trzymać w tajemnicy dla dobra badań (str. 415-426). Kandydatów było z reguły dużo, a nagroda przyznawana jest co najwyżej trzem. Kto wygra? Czemu odrzucono wkład niektórych, czy ostateczny werdykt był słuszny? Wielu genialnych teoretyków, najbardziej pożądanego wyróżnienia naukowego nigdy nie dostało - Freeman Dyson, Sidney Coleman, John Ward czy James Bjorken. Wszystko to jest przedmiotem analiz autora. W szczególności opisuje 'wyścigi' o nagrodę z lat 1965, 1979, 1999, 2004 kiedy przyznawano ją bohaterom książki. Ostatni Nobel przyznany za badania opisane w książce, honorujący wyjaśnienie mechanizmu Higgsa, rozdano już po jej publikacji, w 2013. Autor poprawnie przewidział laureatów (str. 429).

Wyjątkowość publikacji Close tkwi w niespotykanym na rynku prac popularno-naukowych podejściu do tematu. Jest sporo książek opisujących mechanikę kwantową, teorię cząstek elementarnych, kwarki itd. Z reguły preferuję unikanie wątków biograficznych w pracach dotyczących popularyzacji nauki. Uważam, że opis aktualnego rozumienia świata przyrody lepiej oddzielać od czasem błędnych choć nieuniknionych koncepcji, opisów dochodzenia do prawdy szczególnie, gdy zaciemniają istotę. Od tego są książki z historii nauki. "Zagadka nieskończoności" jest takim wyczerpującym przewodnikiem o rozwoju fizyki cząstek i sił kwantowych z punktu widzenia procesów myślowych fizyków, ewolucji rozumienia przez nich przyrody. Autor, przygotowując książkę, przeprowadził rozmowy z uczestnikami wykuwania się współczesnego obrazu fizyki, od lat nagrywa rozmowy, których był świadkiem; dysponuje sporym archiwum i wiedzą aktywnego uczestnika badań. Prześledził literaturę fachową i dostępne listy, które badacze wymieniali miedzy sobą. Powstała barwna historia obfitująca w liczne zwroty akcji.

Polecam "Zagadkę nieskończoności" wszystkim. Jeśli ktoś nie miał wcześniej styczności z fizyką cząstek elementarnych, warto najpierw przeczytać tego samego autora "Kosmiczną cebulę" (PWN 1989, lub lepiej drugie wydanie angielskie z 2007 - "The New Cosmoc Onion"). Wtedy opiniowana książka będzie lepiej zrozumiała, stanowi bowiem 'zakulisowe' uzupełnienie wcześniejszej publikacji i tłumaczy drogę dochodzenia fizyków do poznania struktury materii na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat.

Zachęcam do lektury.

XX-wieczną fizykę ukształtowały dwie wizje opisu rzeczywistości. Pierwszą była teoria względności, drugą kwantowa teoria mikroświata. Badacze tego drugiego filara współczesnej fizyki szybko natrafili na kłopotliwą przeszkodę - nieskończoność. Świat matematyki zbudowany jest na tym pojęciu, jednak żadna spójna koncepcja świata testowalnego eksperymentalnie nie może na nim...

Książka bardziej przedstawia historię badań nad fizyką kwantową niż samą naukę, jednak robi to w sposób całkiem ciekawy, jeśli ktoś nie ma pamięci do nazwisk, to bardzo łatwo się w niej pogubi. Wiele ciekawych rzeczy zostało przystępnie opisanych np.: oddziaływania elektrosłabe, czy kwarki, jednak szczególnie te pierwsze.

Książka bardziej przedstawia historię badań nad fizyką kwantową niż samą naukę, jednak robi to w sposób całkiem ciekawy, jeśli ktoś nie ma pamięci do nazwisk, to bardzo łatwo się w niej pogubi. Wiele ciekawych rzeczy zostało przystępnie opisanych np.: oddziaływania elektrosłabe, czy kwarki, jednak szczególnie te pierwsze.

Książka dotyczy bardzo gorącego okresu w historii badań cząstek. Trudny temat unifikacji QED i oddziaływań słabych został opisany w przystępny sposób. Autor umiejętnie połączył zagadnienia stricte dotyczące fizyki z historią nauki i anegdotycznymi wstawkami na temat głównych bohaterów opowieści. Książka z pomysłem, daję 9 gwiazdek ;)

Książka dotyczy bardzo gorącego okresu w historii badań cząstek. Trudny temat unifikacji QED i oddziaływań słabych został opisany w przystępny sposób. Autor umiejętnie połączył zagadnienia stricte dotyczące fizyki z historią nauki i anegdotycznymi wstawkami na temat głównych bohaterów opowieści. Książka z pomysłem, daję 9 gwiazdek ;)

Rewelacyjna!
Świetny opis tego jak powstawała kwantowa teoria pola. jest dużo książek na ten temat. Ta jednak wyróżnia się przejrzystością i kontekstem historycznych opisanych wydarzeń.

Rewelacyjna!
Świetny opis tego jak powstawała kwantowa teoria pola. jest dużo książek na ten temat. Ta jednak wyróżnia się przejrzystością i kontekstem historycznych opisanych wydarzeń.

Dobry - choć dla mnie trochę zbyt uproszczony - opis zjawisk fizycznych, ale duży plus za świetny ( i udokumentowany !) - opis dochodzenia do tego opisu.

Dobry - choć dla mnie trochę zbyt uproszczony - opis zjawisk fizycznych, ale duży plus za świetny ( i udokumentowany !) - opis dochodzenia do tego opisu.