Λόρενς Κράους: Βλέπουμε τη σκιά της πραγματικότητας

Lawrence Krauss: Βλέπουμε τη σκιά της πραγματικότητας

[κλικ στα ακουστικά 🎧 για να ακούσεις το άρθρο]

(μετάφραση/επιμέλεια: Κωνσταντίνος Σύρμος)

Θέλω να σας μιλήσω για επιστήμη σήμερα. Αυτό για το οποίο θέλω να μιλήσω σήμερα, είναι η καλύτερη ιστορία που ειπώθηκε ποτέ. Αυτό, λέγεται συνήθως, για ένα άλλο βιβλίο (βίβλος) και για πολλά παιδιά και ενηλίκους, πράγματι, αυτή είναι η μεγαλύτερη ιστορία που ειπώθηκε ποτέ. Αλλά, είναι τόσο βαρετή, κουραστική και λάθος, που σκέφτηκα να ξοδέψω περισσότερο χρόνο στην πραγματική. Θέλω να σας πω μια ιστορία, που δε λέγεται συχνά. Η ιστορία του καθιερωμένου μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής. Η μεγαλύτερη πνευματική δραστηριότητα, ανακάλυψη και προσπάθεια των ανθρώπων∙ και θέλω να σας την εξιστορήσω. Είναι καλύτερη από οποιονδήποτε ανθρώπινο μύθο και, για μένα, είναι ένα μείγμα κουλτούρας και τεχνολογίας. Όπως λέω συχνά, η επιστήμη δεν έχει να κάνει μόνο με την τεχνολογία, έχει να κάνει και με την κουλτούρα. Είναι ζωτικής σημασίας, εύχομαι να ήταν ακόμα πιο ζωτικής σημασίας για την κουλτούρα μας. Δεν είσαι μορφωμένος αν είσαι επιστημονικά αγράμματος. Πρέπει να το θυμίζουμε αυτό στους ανθρώπους. Για μένα, επικυρώνει αυτή την υπέροχη αντίληψη, ότι όλα είναι ένα μεγάλο ατύχημα.

Ως άνθρωποι είμαστε βραχυκυκλωμένοι, να θέλουμε να υπάρχει κάτι περισσότερο από αυτό που βλέπει το μάτι. Είμαστε καθαρά βραχυκυκλωμένοι και, αυτό, είναι ένας από τους λόγους που η θρησκεία είναι τόσο διαδεδομένη σε όλους τους πολιτισμούς, σε όλη την ιστορία της ανθρωπότητας. Θέλουμε να υπάρχουν περισσότερα απ' ό,τι βλέπουμε, ένα κρυμμένο σύμπαν. Αυτό το κίνητρο της θρησκείας, στην πραγματικότητα, επικυρώνεται από την επιστήμη. Και θέλω να σας μιλήσω για αυτό το κρυμμένο σύμπαν, που έχουμε ανακαλύψει κάτω από τα μάτια μας. Αυτό που μου αρέσει στη σειρά βιβλίων: «Τα χρονικά της Νάρνια», όλοι γνωρίζετε την ιστορία, είναι, ότι μπαίνεις μέσα σε μια ιδιαίτερη ντουλάπα και βρίσκεσαι σε έναν άλλον κόσμο! Αλλά, αυτό απαιτεί μια επιπλέον διάσταση, γιατί αν πας πίσω από μία ντουλάπα αυτός ο − επιπλέον − κόσμος δεν είναι εκεί. Οπότε, ο μόνος τρόπος να δεις άλλους κόσμους, είναι μια άλλη διάσταση που τέμνεται σε ένα σημείο. Θα επανέλθω σε αυτό αργότερα.

Ο Πλάτωνας

Θέλω να αρχίσω με τη μοντέρνα άποψη, για το γεγονός, ότι υπάρχει μια κρυμμένη πραγματικότητα και αυτό που κάνει η επιστήμη, είναι να παίρνει το σύμπαν που αντιλαμβάνονται οι αισθήσεις μας και να εξηγεί, ότι πράγματα τα οποία φαίνονται διαφορετικά, στην πραγματικότητα είναι ίδια. Η επιστήμη προσπαθεί να δει τι βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια. Ο Πλάτωνας, ήταν καλός σε αυτό. Όταν πήγαινα σχολείο – πήγα σχολείο στον Καναδά, οπότε έλαβα καλή μόρφωση. Ήμουν αναγκασμένος να διαβάσω την Πολιτεία του Πλάτωνα και, συχνά, ξαναγυρνούσα σε αυτό, γιατί όσες δηλώσεις και αν έχω κάνει για τη φιλοσοφία – τις οποίες ακόμα υποστηρίζω − η σπηλιά του Πλάτωνα είναι μια όμορφη αλληγορία για τη μοντέρνα επιστήμη. Η σπηλιά του Πλάτωνα, στην Πολιτεία, είναι μια αλληγορία για τον τρόπο που έβλεπε τη φιλοσοφία. Του άρεσε να παρομοιάζει την πραγματικότητα που αντιλαμβανόμαστε, σα μια σπηλιά,  όπου μέσα σε αυτήν βλέπουμε μόνο τις σκιές του πραγματικού κόσμου. Η δουλειά του φιλοσόφου είναι να προσπαθεί να αντιληφθεί τον πραγματικό κόσμο εξετάζοντας τις σκιές. Είπε, επίσης, ότι αν δραπέτευες και έβλεπες έξω τον πραγματικό κόσμο, όταν θα προσπαθούσες να εξηγήσεις τι είδες, σε εκείνους που βρίσκονταν στη σπηλιά, θα σε θεωρούσαν τρελό, γιατί το σύμπαν θα ήταν τόσο περίεργο − και δεν είχε ιδέα του πόσο περίεργο είναι. Το σκέφτομαι συνέχεια γιατί αυτή είναι η δουλειά μου. Κατά μια έννοια, είμαι τυχερός, ώστε να αναζητώ τον πραγματικό κόσμο. Κατά τη διάρκεια αυτής της αναζήτησης, όπως θα περιγράψω, ανακαλύπτουμε κρυμμένες διασυνδέσεις μεταξύ πραγμάτων, των οποίων αγνοούσαμε την ύπαρξη. Να σας δώσω ένα παράδειγμα από τη σπηλιά του Πλάτωνα. Αν ήσασταν ένας από τους ανθρώπους στη σπηλιά, θα κοιτούσατε τις σκιές κατά την διάρκεια της μέρας και θα καταλήγατε στο συμπέρασμα, ότι δεν υπάρχει η έννοια του μήκους. Δεν υπάρχει η έννοια του μήκους, σαν κάτι που παραμένει αμετάβλητο, γιατί, αναλόγως τη στιγμή της ημέρας, ένας χάρακας θα άλλαζε μέγεθος και θα αποδεχόσασταν το γεγονός, ότι το μήκος αλλάζει κατά τη διάρκεια της ημέρας και αυτό είναι όλο.

Αν ήσασταν φιλόσοφος, θα λέγατε: «Μια στιγμή, μπορεί όντως να υπάρχει κάτι σαν το μήκος, αλλά βλέπουμε μόνο την δισδιάστατη προβολή μιας τρισδιάστατης πραγματικότητας». Κοιτώντας τη σκιά ενός χάρακα, ο οποίος είναι τοποθετημένος έτσι, ώστε το φως που έρχεται από έξω, να δημιουργεί μια συγκεκριμένη προβολή που βλέπουμε. Αν όμως περιστρέψω τον χάρακα σε μια επιπλέον διάσταση, η προβολή του χάρακα, η σκιά δηλαδή, θα μικρύνει. Οπότε, ο φιλόσοφος θα πει, ότι στον πραγματικό κόσμο υπάρχει το μήκος που είναι αμετάβλητο και ο λόγος που το βλέπουμε να αλλάζει, είναι γιατί βλέπουμε την δισδιάστατη προβολή ενός τρισδιάστατου κόσμου. Οπότε, υπάρχει κάτι αμετάβλητο, μια θεμελιώδης ιδιότητα της φύσης που δεν αντιλαμβάνομαι, παρατηρώντας, απλά, τις σκιές της πραγματικότητας. Ζούμε σε έναν κόσμο που πολλά πράγματα φαίνονται κάπως, ενώ είναι διαφορετικά. Βλέπουμε μόνο τη σκιά της πραγματικότητας και αυτή είναι μια ιστορία της φυσικής του 20ου και 21ου αιώνα, που θέλω να σας διηγηθώ.

Οι μεγάλοι επιστήμονες

Θέλω να φύγω από τον Πλάτωνα και να πάω σε έναν αγαπημένο μου επιστήμονα του 19ου αιώνα, τον Michael Faraday. Ηταν ο μεγαλύτερος πειραματικός φυσικός της εποχής του. Δεν είχε τυπική εκπαίδευση. Ο M. Faraday ήταν βοηθός βιβλιοδέτη και πήγαινε στις διαλέξεις του Humphrey Davy, όπου έπαιρνε προσεκτικές σημειώσεις, τις οποίες τις έκανε ένα όμορφο βιβλίο. Έπειτα, παρουσίασε στον Davy το βιβλίο, ζητώντας του να γίνει βοηθός του. Τελικώς, ο Faraday, ανελίχθηκε με σκληρή δουλειά και ανακάλυψε, μέσω πειραμάτων, τους νόμους που διέπουν τη λειτουργία του πολιτισμού που ζούμε. Τους νόμους του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού. Έκανε περίεργα πράγματα με βατράχους και ανακάλυψε ότι υπάρχει μια διασύνδεση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Αυτό τον έκανε διάσημο.

Υπάρχει μια ιστορία – και έχω ακούσει διάφορες εκδοχές – όπου ο πρωθυπουργός Γκλάντστον, αφού είδε το εργαστήριο, τους βατράχους, τα πηνία, αναρωτήθηκε ποια η σημασία όλων αυτών. Ο Faraday απάντησε: «Είναι τόσο σημαντικά, που μια μέρα θα μας φορολογείτε γι’ αυτά». Πράγματι, αυτό συνέβη, αφού στην ουσία ανακάλυψε το ηλεκτρικό ρεύμα. Ανακάλυψε, λοιπόν, κάτι περίεργο, ότι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός φαίνονται και ίδια, αλλά και διαφορετικά. Σαν παιδί μαθαίνεις για διάφορα πειράματα, τον στατικό ηλεκτρισμό, παίζεις με μαγνήτες. Ο Faraday, έδειξε ότι πρόκειται για διαφορετικές εκδηλώσεις του ίδιου πράγματος. Ότι ο μαγνητισμός ενός πράγματος ήταν ο ηλεκτρισμός ενός άλλου. Είναι γνωστό εδώ και καιρό, ότι αν κουνήσεις ένα ηλεκτρικό φορτίο, παράγεται μαγνητισμός. Αλλά, ο κόσμος αναρωτιόταν εάν οι μαγνήτες μπορούσαν να μετακινήσουν φορτία και ο Faraday, μια μέρα από τύχη είχε έναν ηλεκτρικό μαγνήτη και τον ανοιγόκλεισε. Ανακάλυψε, ότι η πράξη αυτή, παρήγαγε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Ξαφνικά υπήρχε μια σχέση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Όλα αυτά αποτυπώθηκαν από τον μεγαλύτερο θεωρητικό φυσικό της εποχής, τον Maxwell.

Αλλά, κάτι ενδιαφέρον, που ήθελα να σας πω για τον Faraday, είναι, ότι είχε λάβει ελάχιστη μόρφωση και γι’ αυτό δεν ήξερε μαθηματικά. Ισχυρίστηκε, ότι έγραψε μία μόνο μαθηματική εξίσωση σε όλη του τη ζωή. Οπότε, προσπάθησε να κατανοήσει τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό με ένα νοητικό τέχνασμα. Είπε: «Δε μπορώ να κάνω τα μαθηματικά, αλλά μπορώ να φανταστώ..» Αυτό, ήταν ένα πρόβλημα που αντιμετώπισε και ο Newton νωρίτερα. Αναρωτήθηκε, πως η γη γνωρίζει την ύπαρξη του ήλιου, ώστε να μπορεί να περιστρέφεται γύρω του; Δε βρήκε ποτέ την απάντηση, δεν έκανε καμία υπόθεση και δεν ασχολήθηκε ξανά. Αλλά, ο Faraday, διερωτήθηκε: γιατί ένα ηλεκτρόνιο ασκούσε δύναμη σε ένα άλλο; Είπε: «Μπορώ να το καταλάβω, αν φανταστώ ένα πεδίο γύρω από κάθε ηλεκτρόνιο και θα το απεικονίσω τραβώντας γραμμές, που εξέρχονται από κάθε σωματίδιο. Ο αριθμός των γραμμών εξαρτάται από την ποσότητα του φορτίου. Χρησιμοποιώντας αυτήν την εικόνα, αποφάσισε, ότι για τα θετικά φορτία οι γραμμές εξέρχονται, ενώ για τα αρνητικά εισέρχονται και έτσι, μπόρεσε να απεικονίσει τις δυναμικές γραμμές, που αναπαριστούν με ακρίβεια τα μαθηματικά του ηλεκτρομαγνητισμού.

Τα κατάλαβε όλα σωστά, απλώς, χρησιμοποιώντας κάτι που ονόμασε ηλεκτρικό πεδίο, που δεν ήταν παρά ένα νοητικό τέχνασμα για να καταλάβει το γιατί, όταν ένα φορτίο είναι κοντά σε ένα άλλο, το ένα παράγει ένα πεδίο στο χώρο∙ και αν τοποθετήσω ένα άλλο φορτίο κοντά, αισθάνεται αυτό το πεδίο και ξέρει αν πρέπει να απωθείται ή να έλκεται. Αλλά, μετά, ήρθε ο Maxwell, ο οποίος είπε: «Αυτό είναι ενδιαφέρον, καθώς ο Faraday έδειξε, ότι αν κουνήσω ένα ηλεκτρικό φορτίο, έχω ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο που ξέρω ότι παράγει ένα μαγνητικό πεδίο» και αυτό που στην πραγματικότητα έδειξε ο Faraday, ανοιγοκλείνοντας τον διακόπτη, είναι, ότι αν έχω ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο αυτό παράγει μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό φορτίο. Αυτό είναι ενδιαφέρον, γιατί αν κουνήσω ένα φορτίο, θα έχω ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο που θα παραγάγει ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, που θα παραγάγει πάλι μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο∙ και αυτό με τη σειρά του πάλι ηλεκτρικό πεδίο. Θα υπάρξει δηλαδή μια διαταραχή, που θα μεταδοθεί διαμέσου του χώρου και μπορώ να υπολογίσω την ταχύτητα της διαταραχής, πηγαίνοντας στο εργαστήριο και μετρώντας τη δύναμη μεταξύ δύο ηλεκτρικών φορτίων. Μετά, μετρώντας τη δύναμη μεταξύ δύο μαγνητών, χρησιμοποιώ τις μετρήσεις για να λύσω τις εξισώσεις, ώστε να μετρήσω την ταχύτητα της διαταραχής. Την υπολόγισε και ανακάλυψε, ότι η ταχύτητα της διαταραχής ήταν η ταχύτητα του φωτός, αποδεικνύοντας ότι το φως, δεν ήταν τίποτε άλλο από ένα κύμα ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, που διαδίδονταν μαζί. Οπότε, αυτή η εφεύρεση στο μυαλό του Faraday ήταν αληθινή. Αυτό που φαντάστηκε, γιατί δε μπορούσε να κάνει τα μαθηματικά, ήταν τόσο αληθινό, είναι μπροστά στα μάτια σας, δε θα μπορούσατε να δείτε χωρίς αυτό. Το γεγονός, ότι συνέλαβε αυτήν την κρυμμένη αλήθεια, ότι το φως που βλέπουμε είναι ένα κύμα από ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, οφείλεται στη συνειδητοποίηση, ότι αυτά τα δύο διαφορετικά πράγματα, ο ηλεκτρικός και μαγνητικός, ήταν απλώς διαφορετικές εκδηλώσεις μιας δύναμης, αυτής που σήμερα καλούμε ηλεκτρομαγνητική.

Albert Einstein

Μετά, ήρθε αυτός ο τύπος, ο Albert Einstein. Λαμβάνω πολλές επιστολές από ανθρώπους που έχουν νέες θεωρίες της πραγματικότητας. Θέλουν να με ενημερώσουν γι’ αυτές και μου λένε ότι οι φίλοι τους, τους θεωρούν τρελούς, αλλά, όλοι νόμιζαν ότι και ο Einstein ήταν τρελός, όλοι θεωρούσαν τον Einstein τρελό. «Είμαι τρελός, άρα είμαι ο Einstein, αλλά μου λένε ότι όλα είναι λάθος! Εγώ, έχω ανακαλύψει μια νέα θεωρία και όλα αυτά που γνωρίζαμε είναι λάθος». Δεν καταλαβαίνουν, ότι δεν είναι αυτός ο τρόπος που δουλεύει η επιστήμη. Λειτουργεί ακριβώς αντίθετα. Αυτό που είναι σωστό, δηλαδή, αυτό που ικανοποιεί το πείραμα, θα είναι πάντα σωστό, πάντα ακριβές, ως ένα σημείο και η πρόοδος της επιστήμης. Εάν πάρω μια μπάλα και την πετάξω, θα περιγραφεί από τους νόμους του Νεύτωνα είτε τώρα ή σε ένα εκατομμύριο χρόνια. Το θέμα, είναι, ότι μπορεί να μαθαίνω νέα πράγματα «στις άκρες» της φυσικής, αλλά οι νόμοι του Νεύτωνα δουλεύουν.

Το πολύ σημαντικό που έκανε ο Einstein, ήταν να μην πετάξει τους νόμους που υπήρχαν πριν από αυτόν, όταν ανέπτυξε την θεωρία της σχετικότητας. Στην πραγματικότητα, είπε, ότι ισχύουν δύο πράγματα. Το ένα είναι οι νόμοι του Maxwell. Ο Maxwell είπε: «Αν κουνήσω ένα ηλεκτρικό φορτίο, θα παράξει μια διαταραχή, που θα διαδοθεί με την ταχύτητα του φωτός και μπορώ να υπολογίσω τη διαταραχή, μετρώντας τη δύναμη ηλεκτρισμού και μαγνητισμού». Αυτά είπε ο Maxwell. Ο Γαλιλαίος, μερικές εκατοντάδες χρόνια νωρίτερα, είπε, ότι αν κινούμαι με σταθερή ταχύτητα, τότε δεν ξέρω ότι κινούμαι. Δεν ξέρω αν έχετε μπει σε τρένα στην Ευρώπη, όχι στις ΗΠΑ, αλλά στην Ευρώπη και ίσως στο μετρό. Βλέπεις το διπλανό συρμό να κινείται και δεν ξέρεις αν κινείσαι εσύ ή αυτός, γιατί αν κινείσαι με σταθερή ταχύτητα, δεν ξέρεις αν κινείσαι ή όχι. Δεν υπάρχει πείραμα που να αποδεικνύει ότι κινείσαι. Όλοι νομίζουμε ότι όταν στεκόμαστε ακίνητοι, ότι στεκόμαστε ακίνητοι, αλλά, στην πραγματικότητα, κινούμαστε με 30 km/s γύρω από τον ήλιο. Δεν το καταλαβαίνουμε, γιατί κινούμαστε με σχεδόν σταθερή ταχύτητα, δεν υπάρχει πείραμα να κάνουμε, ώστε να διαπιστώσουμε το αντίθετο. Οπότε είτε κινούμενοι με σταθερή ταχύτητα είτε σε ακινησία, οποιοδήποτε πείραμα και να κάνεις, θα έχει το ίδιο αποτέλεσμα. Πετάς μια μπάλα στον αέρα μέσα σε ένα αεροπλάνο, εάν δεν υπάρχουν αναταράξεις θα ξαναγυρίσει στο χέρι σου σα να βρίσκεσαι ακίνητος. Οπότε, ο Γαλιλαίος είπε, ότι δεν υπάρχει πείραμα να αποδεικνύει αν κινείσαι με σταθερή ταχύτητα ή βρίσκεσαι σε ακινησία. Ο Maxwell, είπε, ότι αν κουνήσεις ένα φορτίο, το φως εκπέμπεται σε ταχύτητα που μπορείς να μετρήσεις.

Ο εμετός, το λέιζερ και ο Γαλιλαίος

Τώρα, θα σας διδάξω τη σχετικότητα. Αυτό που σιχαίνομαι στον τρόπο που η φυσική διδάσκεται στα σχολεία, είναι ότι λένε για ανθρώπους και πράγματα λες και διδάσκουν τη βίβλο, ότι η ταχύτητα του φωτός είναι ίδια για όλους τους παρατηρητές, ότι δογματικά «πιστεύουμε αυτό και θα ορκιστούμε πίστη σε αυτό». Αλλά δε λειτουργεί έτσι η επιστήμη, δεν είναι ότι το είπε ο Einstein και το δεχόμαστε. Ο Einstein, κατέληξε σε αυτό και ο λόγος είναι ο εξής, είπε, ότι αν αυτά τα δύο είναι αλήθεια – και είναι γιατί τα μετράμε πειραματικά στο εργαστήριο. Το πρόβλημα είναι ότι δεν υπάρχει συνέπεια, δηλαδή και τα δύο είναι σωστά, αλλά οδηγούν σε ένα παράδοξο αποτέλεσμα αν τα συνδυάσεις. Για παράδειγμα, την πρώτη φορά που έγραψα γι’ αυτό η κόρη μου ήταν μικρή, οπότε το έγραψα με όρους …εμετού που εκτοξεύεται. Ας πούμε ότι οδηγείτε με ένα αμάξι με τη μικρή σας κόρη μέσα, με 30 χιλιόμετρα την ώρα και ξερνάει στο κεφάλι σας με ταχύτητα 10 χιλιόμετρα την ώρα, απ' το πίσω κάθισμα. Σας βρίσκει, λοιπόν, στο κεφάλι με 10 χιλιόμετρα την ώρα, αλλά κάποιος στο δρόμο, που σας βλέπει να περνάτε με 30 χιλιόμετρα την ώρα κι ο εμετός να κινείται με 10 χιλιόμετρα την ώρα, πιστεύει ότι ο εμετός κινείται με 40 χιλιόμετρα την ώρα.

Τώρα, ας πούμε, ότι μετά τον εμετό, η κόρη μου σημαδεύει με ένα λέιζερ το κεφάλι μου μέσα στο αμάξι, το φως του λέιζερ έρχεται με την ταχύτητα του φωτός στο κεφάλι μου. Αλλά, τι θα μετρούσε κάποιος στο δρόμο; Αν ίσχυε η κοινή λογική, τότε, θα μετρούσε την ταχύτητα του φωτός, συν 30 χιλιόμετρα την ώρα. Όπως ακριβώς με τον εμετό σωστά; Αλλά, ο Einstein είπε, ότι δεν μπορεί να συμβαίνει αυτό, εξαιτίας του Maxwell και του Γαλιλαίου. Γιατί, θυμηθείτε, ότι κινούμαι σε ένα αμάξι με σταθερή ταχύτητα, οπότε, όποιο πείραμα και να κάνω, θα έπρεπε να μου δώσει το αποτέλεσμα που θα έδινε και σε κάποιον στο δρόμο. Αλλά αν κάποιος στο δρόμο μετρήσει την ταχύτητα αυτής της ακτίνας (του λέιζερ) στα 186.000 χιλιόμετρα την ώρα, συν 30 χιλιόμετρα την ώρα, τότε βρίσκουν την ταχύτητα του φωτός διαφορετική από μένα. Ο Maxwell, όμως, είπε, ότι αν κουνήσω ένα φορτίο, μια ακτίνα φωτός θα εκπεμφθεί με ταχύτητα ανάλογης της δύναμης ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Οπότε, αν η ακτίνα φωτός διαδίδεται σχετικά με τον άνθρωπο στο δρόμο, με διαφορετική ταχύτητα απ' ότι την μετράω εγώ, τότε, αυτός ο άνθρωπος στο δρόμο, πρέπει να μετράει άλλη τιμή στην ηλεκτρική και τη μαγνητική δύναμη, απ' αυτήν που θα μετρούσα εγώ.

Ο Γαλιλαίος, είπε, ότι αυτό δεν μπορεί να γίνει γιατί κινείσαι με σταθερή ταχύτητα. Είναι αδύνατο αυτός, ο βασιζόμενος στην κοινή λογική συλλογισμός που ανέφερα, να είναι σωστός, εάν ο Γαλιλαίος και ο Maxwell είναι σωστοί. Αλλά είναι και οι δύο σωστοί, γιατί ικανοποιούν τα πειράματα. Οπότε, το αξιοσημείωτο που έκανε ο Einstein, ήταν, όχι να απορρίψει αυτά τα δύο πράγματα που δε συμφωνούσαν, αλλά να τους δώσει συνέπεια, λέγοντας: «Πως μετράμε την ταχύτητα; Η ταχύτητα είναι η απόσταση που διανύεις σε δεδομένο χρόνο. Άρα, αν ο παρατηρητής στο δρόμο πρέπει να μετρήσει την ίδια τιμή στην ταχύτητα σχετικά με το άτομο στο αμάξι, τότε, ο παρατηρητής στο δρόμο, πρέπει να μετράει το μήκος και το χρόνο διαφορετικά από τα άτομα στο αμάξι». Αυτή ήταν μια γενναία και καταπληκτική δήλωση. Οδηγήθηκε εκεί όχι απορρίπτοντας ό,τι δούλευε, αλλά παίρνοντας το και δίνοντάς του συνέπεια. Ο μόνος τρόπος αυτά τα δύο πράγματα, που έχουν πειραματικά επικυρωθεί, να είναι συνεπή, είναι εάν ο χώρος και ο χρόνος εξαρτάται από τον παρατηρητή. Εάν ο χώρος και ο χρόνος είναι σχετικές έννοιες, ως αποτέλεσμα, συμβαίνουν τρία γεγονότα. Ας πούμε ότι έχουμε ένα πέος − ναι αυτό είπα, ένα πέος − και κινείται πολύ γρήγορα σχετικά με εσάς, τότε, σχετικά με εσάς θα μικρύνει. Τα μήκη όντως συστέλλονται.

Καταλήγουμε, στο ότι: γεγονότα που συμβαίνουν για τον ένα παρατηρητή, δε συμβαίνουν για τον άλλο παρατηρητη και ότι ο χρόνος διαστέλλεται. Αν κινούμαι πολύ γρήγορα σχετικά με εσάς, το ρολόι μου θα χτυπά με πιο αργό ρυθμό. Δεν είναι μια ψευδαίσθηση, είναι αλήθεια. Το μετράμε σε κάθε εργαστήριο φυσικής στον κόσμο. Αν κινούμαι σχετικά με εσάς, το ρολόι μου χτυπά πιο αργά από το δικό σας. Αυτές, είναι πτυχές της πραγματικότητας, στις οποίες ο Einstein οδηγήθηκε από τα αποτελέσματα. Είναι κρυμμένη πραγματικότητα, αλλά είναι πιο κρυμμένη απ' ό,τι νομίζετε. Γιατί... ο μοναδικός καθηγητής του που τον συμπαθούσε στο σχολείο, ο Minkowski, το 1908 είπε: «Αυτό που έκανε ο Einstein, ήταν να ενοποιήσει τον χώρο και τον χρόνο». Επομένως, ο χώρος και ο χρόνος, από μόνοι τους, είναι καταδικασμένοι να χάνονται σα σκιές και μόνο μια ένωσή τους, μπορεί να διατηρήσει μια ανεξάρτητη πραγματικότητα. Θυμηθείτε την πρώτη επιπλοκή της σχετικότητας: «αν κινούμαι σχετικά με εσάς, τα πέη είναι μικρότερα!» Τα πάντα είναι. Φαίνεται, σαν το μήκος να μην είναι ανεξάρτητο. Το μήκος του λέιζερ εξαρτάται από την κίνησή του σχετικά με εσάς, αλλά αν ήμουν φιλόσοφος θα έλεγα απλώς, ότι αυτό που συμβαίνει στ’ αλήθεια είναι, ότι, κατά μια έννοια: «αυτός ο χάρακας περιστρέφεται όχι σε ένα τρισδιάστατο σύμπαν, αλλά σε ένα τετραδιάστατο» και ακριβώς αυτό έδειξε o Minkowski, ότι αυτό υπονοεί η σχετικότητα, ότι ο χώρος και ο χρόνος ενώνονται σε μια τετρασδιάστατη πραγματικότητα και, όταν κοιτάμε το οτιδήποτε, βλέπουμε ένα τρισδιάστατο κομμάτι, κοιτούμε μια «φέτα» από αυτό το οτιδήποτε.

Η «φέτα» του κόσμου

Όταν βγάζω μια φωτογραφία αυτής της αίθουσας ή αν με βγάλετε μια φωτογραφία, εδώ που κάθομαι, έχω την εντύπωση ότι πήρα μια εικόνα εκείνης της χρονικής στιγμής. Δεν είναι αλήθεια, γιατί το φως από το πίσω μέρος της αίθουσας ξεκίνησε νωρίτερα από το φως στο μπροστινό μέρος της αίθουσας. Άρα, βλέπω μία «φέτα» ενός τετρασδιάστατου συνεχούς του χώρου και χρόνου και το τρισδιάστατο κομμάτι που βλέπω κάθε στιγμή, όταν κοιτάζω αυτή την αίθουσα, σημαίνει ότι βλέπω μια τρισδιάστατη φέτα ενός τετραδιάστατου κόσμου, χώρος συν χρόνος. Η φέτα που βλέπω, εξαρτάται από την κίνησή μου. Οπότε, στον χώρο και τον χρόνο υπάρχει κάτι που λέγεται «χωροχρονικό μήκος» που είναι αμετάβλητο. Αλλά, παρατηρώ, ότι στις δύο άκρες του ο χρόνος χτυπά διαφορετικά για εσάς, ο χάρακας είναι μικρότερος στο χώρο αλλά εξαπλώνεται στον χρόνο. Έτσι, ο Einstein έδειξε αυτήν την αναλογία με τον Πλάτωνα και, εδώ είναι αυτό που παρατήρησε ο Minkowski. Η σχετικότητα του Einstein έδειξε, ότι υπάρχει μια σταθερά, μια τετραδιάστατη σταθερά, που λέγεται χωροχρονικό μέγεθος και ζούμε σε έναν κόσμο, όπου ο χώρος και ο χρόνος είναι δεμένοι μεταξύ τους σε ένα τετραδιάστατο σύμπαν, για το οποίο δεν είχαμε ιδέα πριν. Η απόλυτη κρυμμένη πραγματικότητα, δηλαδή. Οπότε μέχρι τώρα δεν είχαμε μόνο την ενοποίηση του ηλεκτρισμού και μαγνητισμού, αλλά και την ενοποίηση του χώρου και του χρόνου. Υπάρχει, όμως και συνέχεια.

Το 1950 και 1975, όλα αυτά που νομίζαμε λογικά, αποδείχθηκαν λάθος. Ή, τουλάχιστον, περισσότερο πολύπλοκα απ' ό,τι νομίζαμε. Όταν αρχίσαμε να κατασκευάζουμε επιταχυντές σωματιδίων, μέχρι τότε, υπήρχαν πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια. Όταν τα οδηγούμε σε σύγκρουση, νέα σωματίδια δημιουργούνται. Όσο περισσότερη είναι η ενέργεια, τόσο περισσότερα τα σωματίδια που δημιουργούνται. Φαίνεται σαν να μπορούν, να υπάρξουν άπειρα στοιχειώδη σωματίδια. Ίσως, βέβαια, να μην υπάρχουν καν στοιχειώδη σωματίδια. Το λέω αυτό, γιατί κάτι τρελό, που μου κάνει εντύπωση πως το πίστευαν τη δεκαετία του ’60, είναι η θεωρία bootstrap, που ήταν κάτι σαν «Ζεν» φυσική. Πίστευαν, ότι όλα τα σωματίδια αποτελούνται από άλλα σωματίδια. Το επόμενο συμπέρασμα στο οποίο κατέληξαν, ήταν ακόμα πιο τρελό, η συνειδητοποίηση, ότι εγώ μπορώ να διακρίνω το δεξιά από το αριστερά, γιατί τα πράγματα φαίνονται διαφορετικά δεξιά και αριστερά. Αυτή η αίθουσα είναι λίγο διαφορετική εδώ, απ' ότι εκεί, αλλά, κανένας δε νομίζει, ότι οι νόμοι της φυσικής μπορούν να ξεχωρίσουν το δεξιά απ' το αριστερά, είναι μία σύμπτωση της ύπαρξής μας. Ο ηλεκτρισμός ή ο μαγνητισμός δεν καταλαβαίνουν τη διαφορά της δεξιάς και αριστερής κατεύθυνσης. Αυτό που ανακαλύφθηκε το 1955, ήταν, ότι αριστερά και δεξιά δεν ήταν το ίδιο. Δύο απ' τις τέσσερις δυνάμεις και η βαρύτητα, δε μπορούν να ξεχωρίσουν το δεξιά απ' το αριστερά. Αλλά μια δύναμη, η ασθενής (πυρηνική) δύναμη, μπορούσε. Όταν τα νετρόνια αποσυντίθενται – και θα φτάσω στα νετρόνια – προτιμούν να το κάνουν προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Οι νόμοι της φυσικής, τελικά, ξεχωρίζουν το αριστερά από το δεξιά. Αυτό ήταν τόσο αξιοσημείωτο, που προτάθηκε το 1955, το πείραμα έγινε το 1956 και οι δύο που το πρότειναν, τιμήθηκαν με το Νόμπελ, γιατί ήταν τόσο σημαντικό και άλλαξε όλα όσα ξέραμε μέχρι τότε. Το Νόμπελ, παρεμπιπτόντως, υποτίθεται ότι δίνεται για την καλύτερη δουλειά την τρέχουσα χρονιά στην επιστήμη, αλλά πάντα δίνεται για τα προηγούμενα 40 χρόνια. Αυτό, όμως, ήταν τόσο αξιοσημείωτο και απρόβλεπτο, ότι οι νόμοι της φυσικής διαχωρίζουν το αριστερά από το δεξιά.

Ο κενός χώρος

Πολλοί ξέρετε ότι έχω γράψει βιβλίο για τον Richard Feynman. Έναν από τους ήρωες μου. Ο Feynman, έδειξε, ότι όταν εφαρμόζεις τους νόμους της κβαντικής μηχανικής και της σχετικότητας, ο κόσμος γίνεται ακόμα πιο περίεργος απ' ό,τι νόμιζες όταν βάλεις την κβαντική μηχανική μαζί με την σχετικότητα, που σας έδειξα πόσο περίεργη είναι. Η κβαντική μηχανική είναι πολύ περισσότερο περίεργη από τη σχετικότητα. Τη σχετικότητα μπορώ να σας την εξηγήσω – σε μερικούς τουλάχιστον – σε μερικά λεπτά. Τη κβαντική μηχανική δεν την καταλαβαίνει κανένας! Ο Feynman έδειξε, ότι μπορώ να καταλάβω τους νόμους του ηλεκτρομαγνητισμού, που ανέπτυξαν οι Maxwell και Faraday, λέγοντας ότι κάτι περίεργο συμβαίνει όταν ένα ποζιτρόνιο και ένα ηλεκτρόνιο − δηλαδή δύο ηλεκτρόνια − απωθούνται, στην πραγματικότητα ανταλλάσσουν ένα σωματίδιο, ένα σωματίδιο φωτός, ένα κβάντο φωτός, που καλείται φωτόνιο. Λέγεται «εικονικό φωτόνιο» γιατί δε μπορείς να το δεις, απλά ανταλλάσσεται, προκαλώντας αυτή τη δύναμη και όλες οι δυνάμεις στην κβαντική μηχανική οφείλονται στην ανταλλαγή σωματιδίων των εικονικών σωματιδίων.

Όταν, όμως, συνδυάζεις κβαντική μηχανική και σχετικότητα, έχεις το εξής πρόβλημα: Έχουμε το σωματίδιο Α’ που κινείται και ανταλλάσσει ένα φωτόνιο, που προκαλεί ένα άλλο σωματίδιο Β’ να απωθηθεί. Μπορεί να συμβεί και το αντίθετο, όπου το σωματίδιο Β’ εκπέμπει πρώτο το φωτόνιο, οπότε, δεν έχει σημασία τι συμβαίνει πρώτα... η δύναμη εμφανίζεται. Αλλά, τώρα, ο Feynman έδειξε, ότι η εκπομπή αυτή των εικονικών σωματιδίων προκαλεί ένα μεγάλο πρόβλημα, ένα ακόμα παράδοξο και βασίζεται πάνω στην αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Η οποία, λέει, ότι στη κβαντική μηχανική, όπως και στον επιχειρηματικό κόσμο ή τον Λευκό Οίκο: «Εάν δεν μπορούν να σε δουν να το κάνεις, μπορείς να κάνεις το οτιδήποτε». Η κβαντική μηχανική λέει, ότι σε μια κλίμακα χρόνου τόσο μικρή, ώστε να μη μπορείς να τη μετρήσεις, οτιδήποτε μπορεί να συμβεί. Για παράδειγμα, ο Einstein μας λέει, ότι τίποτα δε μπορεί να ταξιδέψει με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός. Αυτό είναι αλήθεια, δε μπορείς να μετρήσεις κάτι που να διαδίδεται ταχύτερα από το φως, αλλά αν δε μπορείς να το μετρήσεις, οτιδήποτε μπορεί να συμβεί! Η κβαντική μηχανική σε συνδυασμό με τη σχετικότητα, μας λέει, ότι αν έχω ένα ηλεκτρόνιο που κινείται, για πολύ λίγο μπορεί να ταξιδέψει ταχύτερα από το φως, αρκεί να το κάνει σε τόσο μικρό χρόνο, ώστε να μη μπορείς να το μετρήσεις. Άρα, αυτό επιτρέπεται, αλλά το πρόβλημα είναι, ότι ο Einstein είπε: «Αν ταξιδεύεις ταχύτερα από το φως... τότε ταξιδεύεις πίσω στον χρόνο». Οπότε, αυτό που συμπεραίνεται είναι, ότι για έναν άλλο παρατηρητή, αυτό το ηλεκτρόνιο θα φαινόταν ότι πηγαινοέρχεται μπρος και πίσω στο χρόνο. Ο Feynman είπε, ότι αυτό πρέπει να συμβαίνει, αλλά πως το βλέπουμε; Πως μοιάζει ένα ηλεκτρόνιο που ταξιδεύει πίσω στο χρόνο; Αν ένα αρνητικό φορτίο ταξιδεύει προς τα πίσω στο χρόνο, τότε φαίνεται σαν ένα θετικό φορτίο να κινείται προς τα εμπρός στο χρόνο. Η κβαντική μηχανική και η σχετικότητα υπονοούν, ότι για κάθε σωματίδιο πρέπει να υπάρχει το αντίστοιχο αντισωματίδιο. Όπου ένα ηλεκτρόνιο κινείται και ξαφνικά, απ’ τον κενό χώρο, ένα ζεύγος ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου δημιουργείται και το ποζιτρόνιο εξαϋλώνεται με το πρώτο ηλεκτρόνιο. Ξεκίνησα με ένα ηλεκτρόνιο, κατέληξα με ένα ηλεκτρόνιο, αλλά στον ενδιάμεσο χρόνο είχα τρία σωματίδια! Αυτό, σημαίνει, ότι ο κενός χώρος είναι ένα καζάνι από εικονικά σωματίδια που βράζει. Κβαντική μηχανική και σχετικότητα μας λένε, ότι μπροστά στα μάτια μας, στον κενό χώρο, σωματίδια εναλλάσσονται μεταξύ ύπαρξης και ανυπαρξίας, σε κλίμακες χρόνου τόσο μικρές που δε μπορώ να τις μετρήσω. Σωματίδια και αντισωματίδια.

Μπροστά στα μάτια σας υπάρχει ο κενός χώρος, αυτό το υπέροχο σύμπαν από εικονικά σωματίδια και έχω γράψει ολόκληρο βιβλίο για το πόσο σημαντικό είναι αυτό, γιατί μας λέει ότι, ό,τι βλέπουμε, μπορεί να μεταβεί από την ύπαρξη στην ανυπαρξία ή το αντίστροφο χωρίς κάποια υπερφυσική ανάμειξη.

Η ασθενής δύναμη

Αλλά, υπάρχει άλλο ένα γεγονός, που θα μας πάει στον μοντέρνο κόσμο. Σας μίλησα για τη σχετικότητα, για την κβαντική θεωρία πεδίου, την ενοποίηση της σχετικότητας με την κβαντική μηχανική και, τώρα, υπάρχει και το περίεργο γεγονός, ότι το νετρόνιο είναι ραδιενεργό. Είπα ότι τα νετρόνια αποσυντίθενται. Αυτό θα έπρεπε να εκπλήσσει κάποιους από εσάς, γιατί τα περισσότερα σωματίδια στο σώμα σας είναι νετρόνια. Το κυρίαρχο σωματίδιο στο σώμα σας είναι το νετρόνιο. Τα άτομα στο σώμα σας έχουν περισσότερα νετρόνια από πρωτόνια. Το μέσο νετρόνιο θα αποσυντεθεί σε 10 λεπτά. Όπως θα έχετε προσέξει, αυτή η διάλεξη έχει κρατήσει περισσότερο από 10 λεπτά, οπότε, τι γίνεται; Θα χρησιμοποιήσω τη λέξη «θαύμα», εδώ μέσα! Συμβαίνει ένα αξιοσημείωτο γεγονός της φύσης. Αν πάρω ένα νετρόνιο και το κρατήσω, θα αποσυντεθεί σε 10 λεπτά, όπως είπα. Τότε, γιατί είστε ακόμα εδώ, πολλοί θα αναρωτιέστε. Αυτό που συμβαίνει, είναι, ότι όταν το νετρόνιο δεσμεύεται σε έναν πυρήνα, χάνει ενέργεια, αλλά ο Einstein είπε: «E=mc^2», η ενέργεια σχετίζεται με τη μάζα. Έτσι, καθώς το νετρόνιο δεσμεύεται στον πυρήνα, χάνει ενέργεια, επομένως, γίνεται λίγο πιο ελαφρύ. Το νετρόνιο είναι λίγο βαρύτερο από το πρωτόνιο, όταν βρίσκεται όμως στον πυρήνα, είναι πολύ ελαφρύ για να αποσυντεθεί. Ο λόγος που οι πυρήνες ατόμων στο σώμα σας είναι σταθεροί και τα νετρόνια είναι σταθερά, είναι γιατί έχασαν τόση ενέργεια, ώστε να μη μπορούν να αποσυντεθούν.

Αυτό το έμαθα στο λύκειο και έμεινα έκπληκτος από το ότι τα περισσότερα σωματίδια στο σώμα μου είναι ραδιενεργά. Από ένα «ατύχημα» της φύσης, το πρωτόνιο και το νετρόνιο έχουν σχεδόν ίδια μάζα κι έτσι αυτή η αποσύνθεση δε μπορεί να συμβεί σε έναν πυρήνα, γιατί το νετρόνιο έχει χάσει τόση ενέργεια, ώστε να μη μπορεί να αποσυντεθεί. Αυτή η αποσύνθεση του νετρονίου, δεν οφείλεται στον ηλεκτρομαγνητισμό ούτε στην βαρύτητα, οπότε πρέπει να υπάρχει μια νέα δύναμη της φύσης που είναι υπεύθυνη. Επειδή τα νετρόνια διαρκούν τόσο πολύ – 10 λεπτά δε φαίνονται πολλά, αλλά για την σωματιδιακή φυσική είναι μεγάλο χρονικό διάστημα – αυτή η δύναμη πρέπει να είναι ασθενής. Οπότε, ονομάστηκε ασθενής δύναμη. Ναι, είμαστε τόσο ευφάνταστοι!

Το ξενοδοχείο του Hilbert

Ένας αγαπημένος μου φυσικός, ο Enrico Fermi, ίσως ο τελευταίος φυσικός που ήταν εξίσου καλός στα πειράματα και στη θεωρία, είχε αναμειχθεί στο Μανχάταν πρότζεκτ, φτιάχνοντας τον πρώτο πυρηνικό αντιδραστήρα κάτω από ένα γήπεδο ποδοσφαίρου στο Σικάγο. Βασιζόμενος, σωστά, στην αντίληψη, ότι αν σκοτώσεις ένα μάτσο ποδοσφαιριστές δεν τρέχει και τίποτα... Ο Fermi, ανέπτυξε μια θεωρία για να εξηγήσει την αποσύνθεση των νετρονίων, για την οποία κέρδισε το βραβείο Νόμπελ. Η πρώτη θεωρία της ασθενούς αλληλεπίδρασης. Αλλά, αν η ασθενής δύναμη οφείλεται στην ανταλλαγή ενός φωτονίου, ένα νετρόνιο αποτελείται από τρία κουάρκ, αλλάζει σε πρωτόνιο εκπέμποντας ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρόνιο... ίσως αυτή η αποσύνθεση να οφείλεται όχι στην ανταλλαγή του φωτονίου, αλλά σε ένα νέο στοιχειώδες σωματίδιο, το λεγόμενο W σωματίδιο. Η ασθενής δύναμη είναι διαφορετική από την ηλεκτρομαγνητική. Η ηλεκτρομαγνητική είναι μεγάλης εμβέλειας δύναμη, μπορούμε να μετρήσουμε την δύναμη που ασκεί ένα φορτίο από τον Α' Κενταύρου. Η ασθενής δύναμη, όμως, ασκείται μέσα στον πυρήνα του ατόμου. Τώρα, η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, μας λέει το γιατί η ηλεκτρομαγνητική δύναμη είναι μεγάλης εμβέλειας. Γιατί, θυμηθείτε, ότι ο φορέας αλληλεπίδρασης της ηλεκτρικής δύναμης είναι ένα σωματίδιο φωτός, ένα εικονικό σωματίδιο που δημιουργείται εδώ και απορροφάτε εκεί. Είναι εικονικό, γιατί όταν δημιουργείται, έχει μια ενέργεια η οποία δεν διατηρείται, οπότε, πρέπει να εξαφανιστεί τόσο γρήγορα, ώστε να μη μπορείς να μετρήσεις αυτήν την παραβίαση της αρχής διατήρησης της ενέργειας. Αλλά, επειδή το φωτόνιο δεν έχει μάζα, έχει τη δυνατότητα να μεταφέρει μια αυθαιρέτως μικρή ποσότητα ενέργειας. Αυτό σημαίνει, ότι μπορεί να επιβιώσει για ένα αυθαιρέτως μεγάλο χρονικό διάστημα. Το φωτόνιο που φέρει την ηλεκτρομαγνητική δύναμη από τον Α' Κενταύρου, έχει σχεδόν καθόλου ενέργεια και γι’ αυτό μπορεί να ταξιδέψει 4 έτη φωτός, πριν απορροφηθεί ξανά. Γι’ αυτό το λόγο, αφού η ασθενής δύναμη είναι τόσο μικρής εμβέλειας, πρέπει να φέρεται από ένα τεράστιας μάζας σωματίδιο. Εάν είναι μεγάλης μάζας, τότε δε μπορεί να ταξιδέψει μακριά, γιατί κουβαλά μεγάλη ποσότητα ενέργειας και πρέπει να εξαφανιστεί σε χρόνο τόσο σύντομο, ώστε να μη μπορείς να μετρήσεις αυτήν την παραβίαση στην αρχή διατήρησης της ενέργειας. Όσο μεγαλύτερο το εικονικό σωματίδιο τόσο συντομότερη η ζωή του. Έτσι, όλα ταιριάζουν, αν ο φορέας αλληλεπίδρασης της ασθενής δύναμης, είναι ένα βαρύ σωματίδιο και της ηλεκτρομαγνητικής ένα φωτόνιο. Ίσως αναρωτιέστε που το πάω, αλλά θα μάθετε σύντομα.

Υπάρχει ένα πρόβλημα. Η κβαντική θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού, είναι η καλύτερη θεωρία της φύσης, καλείται κβαντική ηλετροδυναμική (QED) και μπορούμε να προβλέψουμε τους αριθμούς με ακρίβεια 9 δεκαδικών ψηφίων. Δεν υπάρχει καλύτερη θεωρία. Όταν προσπαθήσαμε να υπολογίσουμε με αυτήν την θεωρία, το πρόβλημα είναι ότι καταλήξαμε σε αποτελέσματα που εμπεριείχαν το άπειρο. Το άπειρο είναι ένα πρόβλημα, δεν αρέσει στους φυσικούς, αλλά αρέσει στους μαθηματικούς. Ο λόγος που δεν αρέσει στους φυσικούς, είναι ότι μπορείς να κάνεις περίεργα πράγματα με το άπειρο. Θέλω να δώσω ένα παράδειγμα, ο David Hilbert, ο μεγαλύτερος μαθηματικός της εποχής του, σκέφτηκε ένα παράδειγμα για το πόσο περίεργο είναι το άπειρο. Το παράδειγμα λέγεται: «Το ξενοδοχείο του Hilbert». Ας πούμε ότι πάτε στο Las Vegas, σε ένα απείρως μεγάλο ξενοδοχείο, ζητάτε ένα δωμάτιο αλλά είναι γεμάτο, οπότε, λέτε, ότι θα πάτε κάπου αλλού. Ο ξενοδόχος, όμως, δηλώνει ότι μπορεί να σας βολέψει. Ας φανταστούμε το ξενοδοχείο, σα μια απείρως μεγάλη σειρά από δωμάτια. Ο ξενοδόχος, λέει, ότι είναι απλά τα πράγματα: «Θα μετακινήσω τον ένοικο του δωματίου 1’, στο 2’. Τον ένοικο του 2’ στο 3’, του 3’ στο 4’, κ.ο.κ. Έτσι, το δωμάτιο 1’ είναι άδειο». Δε σας αρέσει ως παράδειγμα; Γίνεται και χειρότερο. Ας πούμε ότι έχεις μια απείρως μεγάλη καθολική οικογένεια. Πας στο ξενοδοχείο ζητώντας δωμάτια για όλα σου τα παιδιά. Σου λένε, είμαστε γεμάτοι, αλλά θα σας βολέψουμε. Θα μετακινήσω τον ένοικο του δωματίου 1’ στο 2’, του 2’ στο 4’, του 3’ στο 6’, κ.ο.κ., οπότε, στο τέλος, όλα τα δωμάτια με περιττούς αριθμούς θα είναι άδεια και αφού υπάρχουν άπειροι περιττοί αριθμοί, όλα είναι μια χαρά. Βλέπετε, το πρόβλημα με το άπειρο, είναι ότι μπορείς να κάνεις τα πάντα, μόνο που, ό,τι και να σκεφτείς, θα είναι τις περισσότερες φορές ανόητο. Έτσι, οι φυσικοί βρήκαν μια λύση, εδώ εμφανίστηκε ο κ. Higgs.

Είναι αλήθεια, λοιπόν, ότι έχουμε μια θεωρία, ότι η ασθενής δύναμη πρέπει να οφείλεται στην ανταλλαγή ενός μαζικού σωματιδίου, αλλά η θεωρία δε δουλεύει. Ο Higgs διαπίστωσε, ότι, όπως εγώ μπορώ να διακρίνω το αριστερά από το δεξιά σε αυτή την αίθουσα − λόγω του «ατυχήματος» να βρίσκονται διαφορετικοί άνθρωποι εκεί και εδώ − ίσως να υπάρχουν και άλλα πράγματα που να αποτελούν ατύχημα της ύπαρξής μας. Για παράδειγμα, αν είστε σε ένα παράθυρο κατά τη διάρκεια του χειμώνα και δείτε παγοκρυστάλλους να μεγαλώνουν, δημιουργούν αυτά τα όμορφα μοτίβα. Τώρα, κανένας δε νομίζει ότι υπάρχει κάποια προτιμητέα κατεύθυνση στη φύση για τους νόμους ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Αλλά, αν ήμουν ένα μικροσκοπικό ον, που ζούσε σε ένα παγοκρύσταλλο, τότε αυτή η κατεύθυνση θα ήταν διαφορετική, γιατί όλες οι δυνάμεις των ατόμων θα ευθυγραμμίζονταν και θα έβλεπα, ξαφνικά, ότι ο ηλεκτρισμός συμπεριφέρεται διαφορετικά σε μια κατεύθυνση από κάποια άλλη. Μάλλον θα υπέθετα ότι υπάρχει κάτι διαφορετικό στον ηλεκτρισμό σε αυτήν την κατεύθυνση, σε σχέση με την άλλη ή μπορεί να ήμουν φυσικός και να έλεγα: «Αυτό μπορεί να είναι ένα ατύχημα της ύπαρξής μου. Ζω σε έναν παγοκρύσταλλο». Οπότε, αυτό που πρότεινε ο Higgs μαζί με άλλους, είναι, ότι η ύπαρξή μας είναι ένα τέτοιο είδους ατύχημα. Ίσως η μάζα αυτή καθαυτή, είναι ένα ατύχημα της ύπαρξής μας. Ίσως, όπως στον παγοκρύσταλλο, ζω σε έναν κόσμο που διακρίνει πράγματα που μοιάζουν διαφορετικά, αλλά στην πραγματικότητα είναι ίδια.

Δυνάμεις της φύσης

Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει ένα ομοιόμορφο πεδίο σε όλο το σύμπαν που δε βλέπω και όλα τα σωματίδια αλληλεπιδρούν με αυτό, αλλά με διαφορετικό τρόπο. Τα φωτόνια ίσα που αλληλεπιδρούν μαζί του, ενώ, άλλα σωματίδια, καθώς αλληλεπιδρούν, βρίσκουν αντίσταση και βρίσκοντας αυτή την αντίσταση, φαίνονται βαρύτερα. Αν το αμάξι σας χαλάσει στο δρόμο και το τσουλάτε, αν κολλήσει στη λάσπη, δε μπορείτε να το σπρώξετε, ξαφνικά φαίνεται βαρύτερο. Αν προσπαθήσετε να κολυμπήσετε στο νερό, δε θα αισθανθείτε τόσο βαρύς όσο αν κολυμπούσατε σε μελάσα (σιρόπι ζάχαρης). Άρα, ίσως όλοι κολυμπάμε σε μελάσα. Ίσως τα στοιχειώδη σωματίδια στη φύση που βρίσκουμε ότι έχουν μάζα, έχουν μάζα γιατί αλληλεπιδρούν με αυτό το πεδίο. Κάποια έχουν περισσότερη μάζα γιατί αλληλεπιδρούν εντονότερα με το πεδίο, ενώ κάποια άλλα λιγότερο έντονα. Άρα, η ίδια η μάζα είναι ατύχημα της φύσης μας και ίσως για αυτό καταλαβαίνουμε, ότι θεμελιωδώς, η ασθενής δύναμη είναι ίδια με την ηλεκτρομαγνητική. Μπορεί αυτό που καλούμε σωματίδιο W, να μην έχει μάζα, οπότε, αφού δεν έχει μάζα – όπως και με το φωτόνιο – οι μαθηματικές πράξεις δεν απειρίζονται. Αλλά το σωματίδιο W αλληλεπιδρά με το πεδίο που είδαμε προηγουμένως κι έτσι, φαίνεται, να έχει μεγάλη μάζα και γι’ αυτό συμπεριφέρεται διαφορετικά. Σκεφτείτε έναν εκπληκτικό διανοητικό πύργο, φτιαγμένο από τραπουλόχαρτα. Βασισμένος πάνω στη γνώση 100άδων χρόνων, από τον Maxwell και Faraday, στον Einstein, Feynman και Fermi, που μας λέει ότι: όλα δουλεύουν, μόνο, όμως, αν με κάποιο τρόπο, η μάζα είναι ένα ατύχημα. Αυτή, είναι μια καταπληκτική ιστορία και ολοκληρώθηκε με ένα ωραίο τρόπο από αυτούς εδώ τους τύπους, που χρησιμοποίησαν την ιδέα του Higgs και την εφάρμοσαν στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ το 1979, για την ενοποίηση της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης με την ασθενή πυρηνική.

Αν λοιπόν ίσχυε κάτι τέτοιο, αυτές οι δύο θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης, που φαίνονται τόσο διαφορετικές, θα μπορούσαν να είναι εκδηλώσεις του ίδιου φαινομένου. Άλλη μια ενοποίηση, λοιπόν, παρόμοια με αυτή που ξεκίνησε από τον Maxwell και Faraday, ηλεκτρισμός και μαγνητισμός, μετά ο Einstein με τον χώρο και χρόνο και τώρα η ενοποίηση της ασθενούς δύναμης με την ηλεκτρομαγνητική. Όλα τα μαθηματικά έδωσαν αποτέλεσμα, αυτοί που το έδειξαν κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ το 1999 και τα μαθηματικά ήταν τόσο όμορφα, που θα μπορούσαν να εφαρμοστούν και στην άλλη δύναμη της φύσης, την ισχυρή πυρηνική. Άλλοι τρεις φίλοι κέρδισαν το Νόμπελ για την εξήγηση αυτή.

Όλα δουλεύουν με αυτή την ωραία ιστορία, αλλά η επιστήμη δεν είναι παραμύθι. Σας θυμίζω, το 1960, καταλαβαίναμε μόνο τη μία από τις 4 δυνάμεις της φύσης. Μέχρι το 1974, καταλαβαίναμε τρεις από τις τέσσερεις σε κβαντικό επίπεδο, τον ηλεκτρομαγνητισμό, την ασθενή και την ισχυρή πυρηνική δύναμη, Κάθε πείραμα που κάναμε, μπορούσε να κατανοηθεί από αυτό το όμορφο μαθηματικό πλαίσιο, αυτή τη μοναδική και όμορφη ενοποίηση, όλα δούλευαν. Επίσης, είπαμε, μπορούμε να κάνουμε πολλά περισσότερα, οι φυσικοί άρχισαν να μιλούν για τη Μεγάλη Ενοποιημένη Θεωρία και άλλα. Όμως, αν προσέξατε μέχρι αυτό το σημείο, υπάρχει ένα πρόβλημα. Η φυσική δεν είναι παραμύθι, αν ήταν θα την ονομάζαμε θρησκεία. Είναι μια ιστορία που μπορεί να κάνει προβλέψεις, οι οποίες μπορούν να επιβεβαιωθούν πειραματικά και όσο ωραία και αν είναι η θεωρία γι’ αυτό το αόρατο πεδίο, που διατρέχει όλο το σύμπαν, ότι είναι αόρατο... όπως ο θεός! Επειδή είναι αόρατο, δε σημαίνει ότι υπάρχει κιόλας. Άρα, αν αυτή η ιδέα είναι σωστή, τότε θα πρέπει να μπορείς να επιβεβαιώσεις ότι υπάρχει το αόρατο πεδίο.

Το πεδίο Higgs δεν έχει μετρηθεί, οπότε πηγαίνουμε πίσω στην... πικάντικη κουβέντα. Οι φυσικοί θέλουν να κάνουν την απόλυτη σαδομαζοχιστική πράξη, να χαστουκίσουν το κενό! Γιατί οι νόμοι της κβαντικής μηχανικής λένε, ότι με κάθε πεδίο σχετίζεται ένα σωματίδιο και αν χαστουκίσω το κενό αρκούντως δυνατά σε κάποιο σημείο, θα παραχθούν σωματίδια. Οπότε, αν υπάρχει αυτό το αόρατο πεδίο Higgs, εάν μπορώ να κατασκευάσω μια μηχανή, που να χαστουκίσει το κενό αρκούντως δυνατά σε μια αρκούντως μικρή περιοχή, θα παραγάγω αληθινά σωματίδια, τα λεγόμενα σωματίδια του Higgs. Και μπορώ να σχεδιάσω διαγράμματα Feynman, που θα εξηγήσουν το πως θα παραχθούν. Θα πάρω τα σωματίδια μέσα στο πρωτόνιο, θα τα φέρω σε σύγκρουση και έτσι θα παραχθούν αυτά τα νέα σωματίδια. Χρησιμοποιώντας τη φυσική, θα υπολογίσω πόσο συχνά παράγονται, τον πιθανό τόπο παραγωγής, κ.τ.λ. Μπορούμε να τα προβλέψουμε αυτά, αλλά χρειαζόμαστε και το μηχάνημα που θα τα κάνει.

Οι υπερμηχανές

Προσπαθήσαμε στο Τέξας, στις αρχές του 80' και 90', γιατί κατασκευάζαμε το σπουδαιότερο μηχάνημα του κόσμου εκεί. Σκάψαμε μια σήραγγα μήκους 60 μιλίων. Το μεγαλύτερο τούνελ που έσκαψε πότε η ανθρωπότητα, για να φτιαχτεί ο μεγαλύτερος επιταχυντής της εποχής. Ακυρώθηκε από το Κογκρέσο… λόγω του μεγάλου κόστους των 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων, όσα και ο λογαριασμός του κλιματισμού στο Ιράκ για μία ημέρα, οπότε δεν το χτίσαμε εκεί. Οι ευρωπαίοι είχαν μια σήραγγα μήκους 26 χιλιομέτρων και αποφάσισαν να χτίσουν ένα μηχάνημα που αποκαλούμε Large Hardon Collider (LHC) και είναι το σπουδαιότερο μηχάνημα που κατασκευάστηκε ποτέ. Είναι τόσο μακρύ, που μετά βίας μπορείς να διακρίνεις την καμπυλότητά του. Εκεί επιταχύνονται πρωτόνια στο 99.999999% της ταχύτητας του φωτός, σε μια κατεύθυνση. Ένα άλλο πρωτόνιο επιταχύνεται στην ίδια ταχύτητα, προς την αντίθετη κατεύθυνση και έτσι συγκρούονται μεταξύ τους, με τόση  ενέργεια, ελπίζαμε, ώστε να εμφανιστεί το σωματίδιο του Higgs. Για να γίνει αυτό, έπρεπε να τα κατευθύνουμε με μαγνήτες − όχι κανονικούς γιατί δεν είναι ισχυροί − αλλά με υπεραγώγιμους μαγνήτες. Αυτό, σημαίνει, ότι έπρεπε να κατασκευαστεί ένας τέτοιος μαγνήτης μήκους 26 χιλιομέτρων, με 5 τόνους υγρού ήλιου, που θα το ψύχραιναν. Είναι 10.000 μαγνήτες, τοποθετημένοι στο υπέδαφος της Γενεύης. Αν πάτε, ποτέ δε θα καταλάβετε την ύπαρξή τους. Το αεροδρόμιο είναι δίπλα στον επιταχυντή, τα σωματίδια κινούνται κυκλικά και περνάνε τα σύνορα με τη Γαλλία, χωρίς διαβατήριο, περίπου 10.000 φορές ανά δευτερόλεπτο και μετά συγκρούονται μεταξύ τους∙ και προβλέψαμε, ότι, ίσως όταν δύο πρωτόνια συγκρουστούν, τελικά, μπορεί να παραχθεί το σωματίδιο του Higgs. Στο ενδιάμεσο, παράγονται περίπου 10.000 άλλα σωματίδια.

Αυτές ήταν οι προσομοιώσεις και στις 4 Ιουλίου 2012, αυτές οι προσομοιώσεις επαληθεύθηκαν. Στους ανιχνευτές εντοπίστηκαν 50 περιστατικά και ήμασταν σχεδόν σίγουροι ότι επρόκειτο για το σωματίδιο του Higgs, είχε τις ιδιότητές του, αλλά δεν είπαμε ότι το βρήκαμε, επειδή είχε 99.9999999% πιθανότητα να είναι σωματίδιο του Higgs και αυτό δεν είναι αρκετό. Μέσα σε αυτούς τους 6 μήνες είχαμε αρκετά πειραματικά δεδομένα, ώστε να πούμε ότι το ανακαλύψαμε. Αυτό το υπέροχο πνευματικό ταξίδι ξεκίνησε μια νύχτα πάνω σε χαρτί και, ως θεωρητικός φυσικός, πρέπει να σας πω πόσο τρομαχτικό είναι να δουλεύεις πάνω σε χαρτί, να νομίζεις ότι η φύση υπακούει σε αυτήν τη τρελή ιδέα που σου ήρθε. Είναι εκφοβιστικό και κάθε φορά που συμβαίνει και έχεις δίκιο.

Θυμάμαι την πρώτη φορά που επιχειρηματολόγησα για την ύπαρξη σκοτεινής ενέργειας και αποδείχθηκα σωστός, δεν το πίστευα μέχρι τη στιγμή που τη μετρήσανε! Γιατί φαντάζει τόσο τρελό, το ότι μπορούμε να «μπούμε» στο μυαλό, όχι του θεού, αλλά στον φυσικό κόσμο, βλέποντας μια κρυμμένη πραγματικότητα που είναι τόσο ξένη από την καθημερινότητά μας και να είμαστε σωστοί στις προβλέψεις μας. Αυτό το διανοητικό οικοδόμημα, που είναι πραγματικά η μεγαλύτερη διανοητική δραστηριότητα του ανθρώπου, είναι αληθινό. Δεν είναι μόνο ένα θεωρητικό πλαίσιο. Υπάρχει συνέχεια.

Το καλύτερο πράγμα στην επιστήμη, δεν είναι η αναζήτηση απαντήσεων, αλλά οι ερωτήσεις. Τη στιγμή που ανακαλύπτουμε το σωματίδιο του Higgs, γεννιούνται πολλά ερωτήματα κι όταν αρχίσεις να ρωτάς «γιατί το σωματίδιο του Higgs έχει αυτή τη μάζα;», «γιατί η ασθενής δύναμη είναι τόσο ασθενέστερη από την ηλεκτρομαγνητική;», «γιατί υπάρχουν τέσσερεις δυνάμεις στη φύση;» Δεν ξέρουμε. Υπάρχουν κάποιοι λόγοι γι’ αυτά, θα μπορούσα να το αναλύσω, αλλά θα προχωρήσω. Το θέμα είναι, ότι σκεφτόμαστε, πως απαντώντας σε όλες αυτές τις θεμελιώδεις ερωτήσεις, θα σημαίνει ότι υπάρχει ένα πλήθος από νέα σωματίδια που θα ανακαλύψουμε. Οι πιο πολλοί από εμάς νομίζαμε ότι τα ανακαλύψαμε πριν ανακαλύψουμε το Higgs. Προσωπικά, δεν πίστευα ότι υπάρχει το Higgs, φαινόταν πολύ απλή η εξήγηση. Νόμιζα η φύση θα μας εξέπληττε, γιατί, από την εμπειρία μου, αυτό συνέβαινε κάθε φορά που αναζητούσαμε κάτι νέο. Η φαντασία της φύσης είναι μεγαλύτερη από τη δική μας και αυτή η εξήγηση, της ύπαρξης ενός αόρατου πεδίου, φαινόταν πολύ απλή. Σε αυτή την περίπτωση ήμασταν σωστοί. Εάν δεν υπάρχουν άλλα σωματίδια, δε θα έχουμε τις απαντήσεις σε αυτά τα ερωτήματα. Αυτό είναι πρόβλημα, γιατί όταν οι φυσικοί αρχίσουν να σκέφτονται και όχι να κάνουν πειράματα, όπως κάναμε τα τελευταία 40 χρόνια περιμένοντας τον LHC, οι άνθρωποι αρχίζουν να έχουν παραισθήσεις, εφευρίσκουν τη θεωρία των χορδών και άλλα τρελά.

Κβαντικά θέματα

Κατανοούμε τρεις από τις τέσσερεις δυνάμεις της φύσης και θα μπορούσα να προσπαθήσω να εξηγήσω πως συνδέονται, αλλά δεν κατανοούμε τη βαρύτητα. Δεν έχουμε μια θεωρία της βαρύτητας που να είναι συνεπής με την κβαντική μηχανική. Είναι ενδιαφέρον το γεγονός, ότι η μαθηματική θεωρία της βαρύτητας έχει την ίδια ακριβώς μορφή με τις άλλες τρεις δυνάμεις. Τα μαθηματικά είναι όμορφα, αλλά στην πράξη δε λειτουργεί και είναι αλήθεια, ότι η θεωρία χορδών, για να είμαστε δίκαιοι, είναι η καλύτερη πρόταση μέχρι στιγμής για την κβαντική θεωρία της βαρύτητας, απλά δεν μας έχει οδηγήσει πουθενά. Στην πραγματικότητα, δεν ξέρουμε καν την ίδια την θεωρία... Σοβαρά το λέω∙ και αυτό που με ενοχλεί, είναι ότι την αποκαλούν θεωρία των πάντων. Κατά μία έννοια, αν ήταν, αν ενοποιούσε την βαρύτητα με τις άλλες δυνάμεις και μας έδινε την εντύπωση ότι κατανοούμε τα πάντα, όπως είπε και ο φίλος μου Frank Wilczek, είναι η θεωρία του σχεδόν τίποτα. Γιατί ο λόγος που δεν έχουμε μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας, είναι η κλίμακα στην οποία η βαρύτητα και η κβαντική μηχανική αποκτούν σημασία. Μια κλίμακα 18 τάξεις μεγέθους μικρότερη, από την κλίμακα στην οποία δουλεύουμε στον LHC και γι’ αυτό είναι σχεδόν αδύνατο να σκεφτείς πειράματα που μπορούν να γίνουν. Αν και όχι απολύτως αδύνατο, αλλά σχεδόν αδύνατο. Μερικοί προσπάθησαν να προτείνουν κάποια πειράματα, αλλά και γι’ αυτό, ακόμα και αν έχεις μια καλή θεωρία, το να τη δοκιμάσεις είναι δύσκολο. Οπότε, δε μας εκπλήσσει το ότι δεν έχουμε μια θεωρία την κβαντικής βαρύτητας. Υποψιάζομαι, όπως και με το Higgs, ότι όλες οι ιδέες που έχουμε αυτή τη στιγμή είναι λάθος. Νομίζω, επίσης, ότι δυστυχώς ή ευτυχώς, η απόκτηση μιας κβαντικής θεωρίας για τη βαρύτητα απαιτεί μια καλή ιδέα. Κάτι πολύ πιο δύσκολο από την επινόηση ενός πειράματος. Συνάντησα μερικούς ανθρώπους τα προηγούμενα χρόνια που έδιναν μερικές παράξενες ερμηνείες στην κβαντική φυσική, όπως ο κβαντικός μυστικισμός.

Αυτές τις μοντέρνες κβαντικές μαλακίες του Deepak Chopra. Του έδωσα βραβείο, όταν αρθρογραφούσα για το Scientific American, για τους μεγαλύτερους καταχραστές της επιστήμης. Το πρόβλημα με την κβαντική μηχανική, είναι, ότι όντας τόσο περίεργη, την εκμεταλλεύονται απατεώνες. Είναι ο μόνος τομέας της επιστήμης που γνωρίζω, όπου απατεώνες μπορούν να τον εκμεταλλευτούν οικονομικά. Η κβαντική μηχανική μας λέει, ότι το σύμπαν σε πολύ μικρή κλίμακα είναι περίεργο.  Όπως, ότι το ηλεκτρόνιο μπορεί να είναι σε διαφορετικές θέσεις την ίδια στιγμή και, όπως προείπα, πολλά περίεργα μπορούν να συμβούν αν δε μπορείς να τα μετρήσεις. Ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να κάνει πολλά πράγματα την ίδια στιγμή, ακόμα πιο περίεργο, είναι, ότι η ίδια η πράξη της παρατήρησης έχει επίπτωση στην κατάσταση του ηλεκτρονίου. Αν παρατηρήσω ένα ηλεκτρόνιο να κάνει κάτι, δε μπορώ να ισχυριστώ ότι θα έκανε αυτό που παρατήρησα έτσι και αλλιώς, αν δεν το παρατηρούσα. Στην πραγματικότητα, μπορώ να πω το αντίθετο, ότι έκανε τα πάντα την ίδια στιγμή, Ας πούμε ότι μετράω ένα ηλεκτρόνιο να πηγαίνει στο πίσω μέρος της αίθουσας ακολουθώντας μια διαδρομή. Αν δεν το είχα μετρήσει και μέτραγα μόνο την αρχή και στο τέλος της διαδρομής, δε θα μπορούσα να ισχυριστώ ότι ακολούθησε την διαδρομή που μέτρησα προηγουμένως.  Αντί αυτού, πήγε στο φεγγάρι, επέστρεψε, έκανε πολλά πράγματα, όλα την ίδια στιγμή. Οπότε, αυτό ακούγεται σαν να λέμε, ότι τα πράγματα συμπεριφέρονται διαφορετικά αν τα παρατηρείς, από όταν δεν τα παρατηρείς. Αυτό το εκλαμβάνουν μερικοί, σαν η ανθρώπινη συνείδηση να παίζει σημαντικό ρόλο. Αυτό που ισχυρίζονται αυτοί οι απατεώνες, είναι ότι: «Η κβαντική μηχανική, λέει, ότι αν θέλω κάτι θα γίνει». Είναι το «μυστικό», υποτίθεται ότι μπορείς να επηρεάσεις τον φυσικό κόσμο με το μυαλό σου, γιατί ο κόσμος συμπεριφέρεται διαφορετικά αν τον παρατηρείς. Αλλά, αυτό, δεν έχει καμιά σχέση με τη συνείδηση και η κβαντική μηχανική σίγουρα λέει, ότι αν δεν κάνεις ένα πείραμα, αν δεν «πειράξεις» κάτι με φυσικό τρόπο, τότε δεν το επηρεάζεις. Η συνείδηση είναι άσχετη. Ένα ηλεκτρόνιο που μετράται από μια ασυνείδητη μηχανή, συμπεριφέρεται διαφορετικά, η συνείδηση και οι άνθρωποι δεν αποτελούν μέρος του ζητήματος. Επιπλέον, επηρεάζεις μόνο τα πράγματα που μετράς.

Η κβαντική μηχανική είναι πολύ περίεργη, ένα παράδειγμα του πόσο περίεργη, είναι η βάση των κβαντικών υπολογιστών και της κβαντικής τηλεμεταφοράς. Είναι γεγονός, ότι αν προσεκτικά συσχετίσω δύο ηλεκτρόνια σε μια κβαντομηχανική κατάσταση, έπειτα τα αφήσω να διαχωριστούν, εξασφαλίζοντας ότι δεν αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους και το ένα πάει στον Α' Κενταύρου και το άλλο μείνει εδώ και μετρήσω το ηλεκτρόνιο εδώ, να περιστρέφεται προς μια κατεύθυνση, ακαριαίως θα ξέρω, ότι το σωματίδιο εκεί, περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Πριν, περιστρεφόντουσαν προς τυχαίες κατευθύνσεις. Φαίνεται σαν να επικοινωνούν με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός, αλλά αυτό δεν είναι αλήθεια. Δε μπορείς να το χρησιμοποιήσεις αυτό για να στείλεις ένα μήνυμα στον Α' Κενταύρου. Αλλά είναι περίεργο, μια τρομακτική συμπεριφορά που ο Einstein τόσο μισούσε. Είναι τρομακτική, γιατί ο Einstein δεν πίστευε στην κβαντική μηχανική. Είναι τρομακτική γιατί επιμένουμε, ότι η κλασσική αντίληψή μας για το σύμπαν είναι λογική. Ότι πρέπει να έχουμε μια ερμηνεία για την κβαντική μηχανική, αλλά, όπως ένας συγχωρεμένος φίλος μου καθηγητής του Harvard έλεγε: «πρέπει να μιλάμε για την ερμηνεία της κλασσικής μηχανικής». Ο κόσμος που βλέπουμε, είναι μια κλασσική προσέγγιση του πραγματικού κόσμου, βλέπουμε την σκιά της πραγματικότητας, δε θα έπρεπε να περιμένουμε από τις σκιές να συμπεριφέρονται λογικά. Αν δείτε την καινούργια μας ταινία, θα δείτε τον Richard Dawkins και εμένα να συζητάμε στην Αυστραλία, εκεί, τονίζει, ότι η κοινή λογική αναπτύχθηκε, καθώς εξελισσόμασταν στην Αφρική, για να αποφεύγουμε λιοντάρια όχι να καταλαβαίνουμε την κβαντική μηχανική. Οπότε, αν παραβιάζεται η κοινή μας λογική, οφείλεται στο γεγονός ότι είμαστε κλασσικά όντα και δεν πρέπει να νιώθουμε ότι απειλούμαστε, αν παραβιάζεται η κοινή λογική, γιατί δεν έχει καμία σχέση με την υφιστάμενη πραγματικότητα.

Οι συνάδελφοι

Το πρώτο πράγμα που ψάχνεις για την αξιολόγηση των συναδέλφων και των θεωριών τους,  είναι η μαθηματική συνέπεια, το δεύτερο είναι η δυνατότητα της πειραματική δοκιμής και, αν είναι ενδιαφέρον, εάν αφορά κάτι που μπορεί κατ' αρχήν να είναι μετρήσιμο. Αυτά καθορίζουν το αν δημοσιεύονται πράγματα. Στην «πρώτη γραμμή» της θεωρητικής επιστήμης, πρωτού μπορέσεις να τεστάρεις πράγματα, είναι η συνοχή, η λογική, το ενδιαφέρον και η πιθανή δυνατότητα για πειραματική δοκιμή. Γι’ αυτό, τα περισσότερα πράγματα στην βιβλιογραφία είναι λάθος. Οι περισσότερες θεωρητικές δημοσιεύσεις που έχω γράψει στη ζωή μου είναι λάθος. Αυτές που δεν εξήγησα πράγματα που συνέβησαν, αλλά προσπάθησα να προβλέψω το μέλλον.

Παρεμπιπτόντως, να αποσαφηνίσω πλήρως, καθώς μερικοί από εσάς ίσως αντιπαρατεθείτε με δημιουργιστές (οπαδοί της θεωρίας της δημιουργίας του κόσμου από τον θεό) και άλλους. Πέρασα πολλά χρόνια στο Οχάιο, στο Κάνσας, στη Νέα Ορλεάνη, γυρίζοντας και υποστηρίζοντας τη διδασκαλία της θεωρίας της εξέλιξης. Ένα από τα πρώτα μέρη που ξεκινήσαμε, ήταν σε ένα debate στο Οχάϊο, με κάποιους ηλίθιους οπαδούς της θεωρίας του ευφυούς σχεδιασμού. Τόνισαν, εκεί, ότι είχαν κάνει μια επιστημονική δημοσίευση! Τους είπα, ότι δεν έχει σημασία, το ότι δημοσιεύσατε κάτι δεν σημαίνει τίποτα. Πολλές βλακείες δημοσιεύονται. Αλλά αν δημοσιευθεί κάτι και είναι ενδιαφέρον και κάποιος άλλος βασιστεί πάνω του κάνοντας πειράματα και η ιδέα αποδειχθεί ότι δουλεύει, τότε θεωρείται ότι αποτελεί μέρος της επιστήμης. Ο τρόπος που δουλεύουμε στην επιστήμη είναι, ότι έχεις μια ιδέα, εάν είσαι τυχερός τη δοκιμάζεις, για να διαπιστώσεις αν είναι σωστή, τη δοκιμάζουν και άλλοι και, τελικώς, σε 30 χρόνια, αποτελεί μέρος της ύλης των σχολείων. Οι οπαδοί του ευφυούς σχεδιασμού θέλουν να παρακάμψουν αυτή την διαδικασία. Έχουμε μια ιδέα, ας τη βάλουμε απευθείας στα σχολεία. Αυτό είναι το χαζό της όλης υπόθεσης.

Ταξιδιώτες στον χρόνο

Έχω γράψει ένα βιβλίο «Η φυσική του Star Trek», που μιλάω αρκετά για τα ταξίδια στο χρόνο, το ενδιαφέρον είναι, ότι όταν έγραψα αυτό το βιβλίο, προκάλεσε αναστάτωση γιατί ο φίλος μου, Stephen Hawking, έγραψε τον πρόλογο και εκεί μέσα αναφέρει ότι τα ταξίδια στο χρόνο ίσως να είναι πιθανά σύμφωνα με τους νόμους τη φυσικής, ενώ παλαιότερα είχε δηλώσει, ότι ήταν απίθανα. Οι London Times έγραψαν στο πρωτοσέλιδο, ότι ο Stephen Hawking άλλαξε γνώμη. Παλαιότερα είχε επιχειρηματολογήσει, ότι αν τα ταξίδια στο χρόνο ήταν πιθανά, θα μας είχαν ήδη επισκεφτεί τουρίστες από το μέλλον. Τότε του είπα, ότι πήγα πίσω στο 1960 αλλά κανένας δε με πήρε χαμπάρι! Συναρπαστικό είναι το γεγονός, ότι ο Einstein, με την ειδική και γενική θεωρία της σχετικότητας, συνέδεσε τον χώρο με τον χρόνο. Μπορείς εύκολα να κάνεις έναν κύκλο στο χώρο, το κάνουμε. Το ερώτημα είναι αν μπορείς να κάνει έναν κύκλο στον χρόνο, μπορείς να πας προς τα πίσω; Όλοι πηγαίνουμε προς τα εμπρός, αυτή τη στιγμή ταξιδεύουμε στο χρόνο! Ο Einstein έδειξε, ότι ο χρόνος είναι σχετικός, οπότε, ο ρυθμός που ταξιδεύεις στο χρόνο εξαρτάται από την κίνησή σου. Στην πραγματικότητα, το ρολόι μου χτυπά με διαφορετικό ρυθμό από το δικό σας, γιατί εγώ στέκομαι πιο πάνω λόγω της βαρύτητας και δεν κάνω πλάκα. Όπως έγραψα για ένα άρθρο πριν από χρόνια, ο GPS δέκτης σας θα σταματούσε να λειτουργεί σωστά σε περίπου δύο δευτερόλεπτα, αν δεν λαμβάναμε υπόψιν την διαφορά στην μέτρηση του χρόνου λόγω της γενικής σχετικότητας. Οπότε, είναι σημαντικό. Αλλά, για τα ταξίδια στο χρόνο, η απάντηση είναι, ότι θεωρητικά είναι πιθανά. Η γενική θεωρία της σχετικότητας το επιτρέπει. Λέει, ότι μπορείς να διαμορφώσεις χώρο και χρόνο όπως θες, αρκεί να διαθέτεις την κατάλληλη ποσότητα ενέργειας. Γιατί ο χώρος ανταποκρίνεται στην ενέργεια, οπότε, δημιουργώντας τις κατάλληλες συνθήκες ενέργειας, μπορείς να πραγματοποιήσεις ταξίδια στο χρόνο.

Η δύσκολη ερώτηση είναι αν μπορείς να δημιουργήσεις αυτές τις συνθήκες ενέργειας ή αν στο απαγορεύουν οι νόμοι της φύσης. Πολλοί θα έλεγαν ότι στο απαγορεύουν, γιατί δημιουργούνται παράδοξα, όπως προείπε ο Hawking. Το αγαπημένο μου παράδοξο είναι αυτό της «γιαγιάς». Όπου, γυρίζεις πίσω στο χρόνο και σκοτώνεις τη γιαγιά σου πριν γεννηθεί η μητέρα σου. Όλα καλά, έτσι, όμως, δε γεννήθηκε η μητέρα σου και μετά δε γεννήθηκες εσύ, οπότε, πως πήγες πίσω στο χρόνο και σκότωσες τη γιαγιά σου εξαρχής; Προκαλεί πονοκέφαλο όλο αυτό, γι’ αυτό πολλοί φυσικοί έχουν πει, ότι τα ταξίδια στον χρόνο δεν πρέπει να είναι δυνατά.  Όπως, συχνά λέω, το σύμπαν δε νοιάζεται στο ελάχιστο για το τι νομίζεις και τι σου αρέσει! Μπορεί τα ταξίδια στον χρόνο να είναι πιθανά και απλά πρέπει να καταλάβουμε με ποιο τρόπο, σε ένα τόσο τρελό σύμπαν, βγαίνει νόημα. Αυτό κάναμε τον 20ο αιώνα, με τη σχετικότητα και την κβαντική μηχανική. Αυτό δεν σημαίνει ότι τα ταξίδια στο χρόνο είναι πιθανά, αλλά, μόνο με το ότι δε μας αρέσει η ιδέα, δε μπορούμε να το αποκλείσουμε. Πρέπει να το δοκιμάσουμε! Ίσως να βρισκόμαστε στο τέλος της γνώσης, δεν ξέρουμε. Ένα όμως είναι σίγουρο, αν δεν ανακαλύψουμε κάτι άλλο, τότε η απάντηση βρίσκεται κάπου αλλού. Δεν πρόκειται να πάμε στους πολιτικούς και να πούμε: «Μάντεψε! Δεν βρήκαμε τίποτα! Δώσε μας ένα νέο επιταχυντή!»

Η επιστήμη

Θέλω να κλείσω, λέγοντας, ότι αυτό αποτελεί ένα παράδειγμα, του γιατί η επιστήμη είναι τόσο όμορφη σε αντίθεση με τη θρησκεία, γιατί στην πραγματικότητα φέρνει κοντά την ανθρωπότητα. Για να κατασκευαστεί ο LHC, χρειάστηκαν 10.000 φυσικοί από 100 χώρες, με διαφορετικές γλώσσες, θρησκείες, όλοι εργάστηκαν μαζί για να φτιάξουν μια συσκευή που δουλεύει με εκπληκτική ακρίβεια, ενώ οι απαιτήσεις της ήταν τρομερές. Αυτές οι μηχανές είναι οι καθεδρικοί ναοί του 21ου αιώνα. Είναι η επιτομή της ομορφιάς που μπορεί να επιφέρει η τεχνολογία και η κουλτούρα, εκπροσωπώντας την ανθρωπότητα στα καλύτερά της! Αυτές οι μηχανές κατασκευάστηκαν για να μπορούν να μετράνε αξιοσημείωτα πράγματα. Για παράδειγμα, στον μεγάλο επιταχυντή αδρονίων, κάθε δευτερόλεπτο παράγονται αρκετά δεδομένα για να γεμίσουν περισσότερους από χίλιους σκληρούς δίσκους του ενός terabyte. Περισσότερη πληροφορία από όλες τις βιβλιοθήκες του κόσμου, κάθε δευτερόλεπτο στον LHC. Προκειμένου να κατασκευαστεί, χρειάστηκε νέα τεχνολογία, ώστε να καταστεί δυνατό να επεξεργαστεί όλη αυτή η πληροφορία. Χρειάστηκε να φτιάξουμε υπολογιστές νέου είδους. Φυσικά, αυτή η τεχνολογία, θα περάσει και στην καθημερινότητά μας. Όπως και το world wide web (παγκόσμιος ιστός), αναπτύχθηκε στο CERN της Γενεύης για το προηγούμενο μηχάνημα.

Το web, που χρησιμοποιούμε καθημερινά, αναπτύχθηκε γιατί χιλιάδες φυσικοί που δούλευαν στο ίδιο μηχάνημα, ήθελαν να επικοινωνούν εύκολα, οπότε ανέπτυξαν το web, όπου έχεις πρόσβαση στην πληροφορία χωρίς να σε ενδιαφέρει που βρίσκεται. Έτσι, άλλαξαν οι ζωές μας, αλλά, αυτό το κατασκευάσαμε ώστε να απαντήσουμε σε μια απόκρυφη ερώτηση της φύσης και να μάθουμε περισσότερα για την προέλευσή μας. Γιατί, το τελευταίο που θέλω να πω, είναι ότι εάν το πεδίο του Higgs είναι υπαρκτό, τότε, έτσι όπως εξελίχθηκε το σύμπαν, ήταν ένα ατύχημα. Ένα κοσμικό ατύχημα.

Οι μπύρες

Θέλω να καταλήξω στη μπύρα γιατί... θα πιούμε μερικές αργότερα. Κάνετε λοιπόν ένα πάρτι, αγοράζετε μπύρες, αλλά ξεχνάτε να τις βάλετε στο ψυγείο. Το συνειδητοποιείτε μια ώρα πριν το πάρτι, οπότε τις βάζετε κατάψυξη. Τις ξεχνάτε όμως, και, μετά το πάρτι, καθώς ανοίγετε μία το μπουκάλι σπάει. Τι έγινε; Η μπύρα ήταν σε υγρή μορφή υπό πίεση, αλλά όταν ανοίξατε το καπάκι πάγωσε απότομα και έσπασε το μπουκάλι, ελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Υποβλήθηκε σε αυτό που λέμε «μετάβαση κατάστασης» από υγρή σε στερεά. Εάν η κατάσταση με το σωματίδιο του Higgs είναι σωστή – που τώρα ξέρουμε ότι είναι, καθώς το σύμπαν ψυχραινόταν στην πρώιμη ιστορία του – αυτό που τελικώς, έγινε, είναι ότι πάγωσε σε μια «μορφή του Higgs πεδίου» και δε χρειαζόταν να γίνει έτσι. Υπό έστω και ελάχιστα διαφορετικές συνθήκες, αυτό το Higgs πεδίο δε θα σχηματιζόταν. Έτσι, όμως, όλα τα σωματίδια δε θα είχαν μάζα και δεν θα ήμασταν εδώ!

Αυτή η τυχαία μετάβαση κατάστασης του πρώιμου σύμπαντος, παρήγαγε ένα σύμπαν στο οποίο μπορούμε να ζήσουμε. Δεν υπήρχε κανένας σκοπός, όπως και στη μπύρα που έσπασε όταν την άνοιξες. Είναι ένα ατύχημα της φύσης και αυτό το ατύχημα θέλω να γιορτάσω. Είναι σα να ζούμε σε έναν παγοκρύσταλλο ή σα να είμαστε οι άνθρωποι που αναφέραμε στην Πολιτεία του Πλάτωνα. Κοιτάμε εκείνον τον τοίχο και, εξελίσσοντας την επιστήμη, τη σκέψη και την πειραματική δοκιμή, μπορέσαμε να μάθουμε γι’ αυτό το κρυμμένο σύμπαν που είναι τόσο αξιοθαύμαστο. Οπότε, όπως περιμένουμε τον LHC να επαναλειτουργήσει, είμαστε σα να ανοίγουμε την πόρτα στο επόμενο κρυμμένο σύμπαν.

Αυτή η υπέροχη ιστορία για το πραγματικό σύμπαν, είναι πολύ περισσότερο συναρπαστική από ένα σύμπαν της προκατάληψης, του μύθου. Ένα σύμπαν γραμμένο σε ένα βιβλίο από χωρικούς, που δεν ήξεραν ότι η γη γυρίζει γύρω από τον ήλιο, δε μπορεί να συγκριθεί με το αληθινό σύμπαν.

Επίλογος

Αυτό που κάνω αν είμαι τυχερός, είναι να διαχωρίσω αυτά που ξέρουμε, από αυτά που πιθανόν να είναι σωστά. Με νοιάζει αυτό που είναι πιθανό, αυτή είναι η χαρά μου. Σκέφτομαι πολλά πιθανά σύμπαντα, αλλά είναι σημαντικό να συνειδητοποιήσεις ότι τα περισσότερα, σχεδόν πάντα, είναι αναληθή. Σχεδόν όλες οι επιστημονικές ιδέες είναι λάθος. Δε μπορούμε να ισχυριστούμε ότι είναι αλήθεια επειδή είναι όμορφα. Τελείωσα ένα από τα βιβλία μου για τις έξτρα διαστάσεις, με μια παράθεση από τον Hermann Weyl, ένα μαθηματικό που είπε: «Στο έργο μου, συχνά, αναγκάζομαι να επιλέξω μεταξύ ομορφιάς, και αλήθειας και πάντα επιλέγω την ομορφιά.» Αυτό γιατί ήταν μαθηματικός. Εμείς πρέπει να επιλέγουμε την αλήθεια και ο μόνος τρόπος για να ανακαλύψεις την αλήθεια, δεν είναι η θεία αποκάλυψη ή η σκέψη ή το να αποφασίσεις τι είναι λογικό, που είναι ένα από τα προβλήματα τα οποία έχω, στον τρόπο που σκέφτονται οι κλασσικοί φιλόσοφοι. Τίποτα από αυτά δεν έχει σημασία. Τι λέει η κοινή λογική δεν έχει σημασία. Αυτό που μας αποκαλύπτει το σύμπαν είναι η αλήθεια και ο μόνος τρόπος να το βρούμε είναι το πείραμα. Έτσι βρίσκουμε την αλήθεια.