Fizyka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Fizyka > Wielkie wykłady - Boska cząstka 
  Indeks
Wielkie wykłady
Dramatis personae
Niewidoczna piłka
nożna

Pierwszy fizyk cząstek
Późną nocą
z Ledermanem

Patrząc w kalejdoskop
Interludium A:
Opowieść o dwóch
miastach

Poszukiwania atomu:
mechanicy

Dalsze poszukiwania
atomu: chemicy
i elektrycy

Nagi atom
Interludium B:
Tańczący mistrzowie
wiedzy tajemnej

Akceleratory: one
rozkwaszają atomy,
nieprawdaż?

Interludium C:
Jak w ciągu weekendu
złamaliśmy parzystość
i odkryliśmy Boga

A–tom!
I wreszcie boska
cząstka

Mikroprzestrzeń,
makroprzestrzeń
i czas przed
początkiem czasu

  Źródło
Leon Lederman,
Dick Teresi

BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?

Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz


  Późną nocą z  Ledermanem, cd.
 
       DEMOKRYT:  Zaczynasz mówić całkiem rozsądnie.
       LEDERMAN:  Tak więc twój Wszechświat jest w istocie całkiem prosty.
       DEMOKRYT:  Nie istnieje nic oprócz atomów i  pustej przestrzeni. Wszystko inne jest opinią.
       LEDERMAN:  Skoro wiesz już to wszystko, to co tu robisz, u  schyłku XX wieku?
       DEMOKRYT:  Jak już mówiłem, skakałem sobie w czasie, żeby zobaczyć, czy opinie ludzi zbiegną się z  rzeczywistością i  kiedy. Wiem, że moi rodacy odrzucili a-tom, ostateczną cząstkę. Rozumiem, że w  roku 1993 ludzie nie tylko wierzą, że istnieje, lecz również, że ją znaleźli.
       LEDERMAN:  I  tak, i  nie. Wierzymy, że istnieje ostateczna cząstka, ale nie całkiem taka, o  jakiej mówiłeś.
       DEMOKRYT:  Jak to?
       LEDERMAN:  Przede wszystkim, choć uważasz, że a-tom jest podstawową cegiełką materii, to według ciebie istnieje wiele rodzajów a-tomów: ciecze mają kuliste a-tomy, a  metale – jakieś zameczki. Gładkie a-tomy składają się na cukier i  inne słodycze, a  kanciaste – na cytryny i rzeczy  kwaśne. I  tak dalej.
       DEMOKRYT:  Do czego zmierzasz?
       LEDERMAN:  Twój system jest zbyt skomplikowany. Nasz a-tom jest znacznie prostszy. Twój model wymaga zbyt wielu rodzajów a-tomów. Równie dobrze mógłby istnieć osobny rodzaj a-tomów dla każdej substancji. My mamy nadzieję znaleźć jeden, jedyny a-tom.
       DEMOKRYT:  Podziwiam tak ambitne plany, ale jak taki model ma działać? Jak z  jednego a-tomu można otrzymać różnorodność i  czym ten a-tom jest?
       LEDERMAN:  Na obecnym etapie mamy niewielką liczbę a-tomów. Jeden ich typ nazywamy kwarkami, inny leptonami. Odróżniamy po sześć form w  każdym z  tych typów.
       DEMOKRYT:  W  czym one przypominają mój a-tom?
       LEDERMAN:  Są niepodzielne, twarde, pozbawione struktury, niewidoczne i... małe.
       DEMOKRYT:  Jak małe?
       LEDERMAN:  Sądzimy, że kwark jest punktem. Nie ma rozmiarów i   w  odróżnieniu od twojego a-tomu – kształtu.
       DEMOKRYT:  Nie ma rozmiarów? Ale istnieje i  ma masę? I  jest twardy?
       LEDERMAN:  Uważamy, że jest punktem matematycznym. Natomiast sprawa twardości jest kwestią sporną. Dostępna doświadczeniu twardość materii zależy od tego, w  jaki sposób kwarki łączą się ze sobą i  z  leptonami.
       DEMOKRYT:  Trudno to sobie wyobrazić, ale daj mi trochę czasu. Rozumiem zawarty tu problem teoretyczny. Myślę, że mogę zaakceptować kwarki, substancję pozbawioną rozmiarów. Ale powiedz mi, jak możesz wyjaśnić różnorodność świata: drzewa i  gęsi, i  komputery – za pomocą tak niewielu cząstek.
       LEDERMAN:  Kwarki i  leptony składają się na wszystko, co tylko zawiera się we Wszechświecie. Można zrobić miliardy różnych rzeczy, mając do dyspozycji tylko dwa kwarki i  lepton. Przez pewien czas myśleliśmy, że to już wszystko, ale okazało się, że przyroda domaga się jeszcze czegoś.
       DEMOKRYT:  Przyznaję, że tuzin cząstek to znacznie mniej niż moje rozliczne a-tomy, ale to wciąż jeszcze spora liczba.
       LEDERMAN:  Możliwe, że sześć kwarków to tylko różne przejawy tej samej rzeczy. Mówimy, że kwarki występują w  sześciu zapachach. Dzięki temu możemy łączyć rozmaite kwarki tak, by powstały z  nich wszelkie rodzaje materii. Dlatego nie potrzeba odrębnych zapachów kwarków dla różnych typów obiektów we Wszechświecie – osobno dla ognia, osobno dla tlenu, osobno dla ołowiu – tak jak to jest w  twoim modelu.
       DEMOKRYT:  Jak łączą się te kwarki?
       LEDERMAN:  Poprzez silne oddziaływanie – bardzo dziwny rodzaj siły, zachowującej się inaczej niż oddziaływanie elektryczne, które także odgrywa tu pewną rolę.
       DEMOKRYT:  Tak, słyszałem coś o  elektryczności. Rozmawiałem trochę na ten temat z  Faradayem w  XIX wieku.
       LEDERMAN:  Znakomity uczony.
       DEMOKRYT:  Może i  tak, ale matematyk z  niego kiepski. Nigdy by sobie nie poradził tam, gdzie ja studiowałem – w  Egipcie. Ale wróćmy do tematu. Mówisz, silne oddziaływanie. Czy chodzi ci o  oddziaływanie grawitacyjne, o  którym już coś słyszałem?
       LEDERMAN:  Grawitacja? O  wiele za słaba. Kwarki trzymają się razem dzięki cząstkom zwanym gluonami.
       DEMOKRYT:  O, teraz jakieś gluony! Mówisz teraz o  zupełnie innych cząstkach, a  ja już myślałem, że materia zbudowana jest z  kwarków.
       LEDERMAN:  Tak jest w  istocie, ale nie zapominaj o  siłach. Są też cząstki, które nazywamy bozonami cechowania. Mają one pewną misję do spełnienia: ich zadanie polega na przenoszeniu informacji o  oddziaływaniu od cząstki A  do cząstki B. Inaczej, skąd cząstka B  mogłaby wiedzieć, że A  wywiera na nią jakiekolwiek oddziaływanie?
       DEMOKRYT:  Hej, heureka! Cóż to za wspaniała grecka idea! Bardzo by się podobała Talesowi.
       LEDERMAN:  Bozony cechowania – nośniki oddziaływania, czy też, jak je czasem zwiemy, przekaźniki oddziaływania – są obdarzone określonymi własnościami: masą, spinem, ładunkiem elektrycznym – które determinują zachowanie siły. I  tak na przykład fotony, będące nośnikami oddziaływania elektromagnetycznego, mają zerową masę, dzięki czemu mogą poruszać się z  wielką prędkością. Dlatego też oddziaływanie to ma bardzo wielki zasęg. Silne oddziaływanie, którego nośnikami są gluony o  zerowej masie, także sięga w  nieskończoność, ale jest tak silne, że kwarki nigdy nie mogą zbytnio oddalić się od siebie. Ciężkie cząstki W i  Z, które przenoszą tak zwane oddziaływanie słabe, mają bardzo niewielki zasięg. Działają tylko na bardzo małe odległości. Jest także cząstka przenosząca oddziaływanie grawitacyjne, nazwana grawitonem. Niestety, żadnego grawitonu jeszcze nie widzieliśmy, nie dysponujemy nawet porządną teorią grawitacji.
       DEMOKRYT:  I  to właśnie nazywasz modelem „prostszym” od mojego?
       LEDERMAN:  A  jak wy, atomiści, tłumaczyliście występowanie rozmaitych sił?
       DEMOKRYT:  Nie tłumaczyliśmy. Wiedzieliśmy z  Leukipposem, że atomy muszą być w  ciągłym ruchu i  po prostu pogodziliśmy się z  tym faktem. Nie podawaliśmy powodów, dla których miałby pojawić się w  świecie ten nieustanny ruch atomów. Może co najwyżej w  takim milezyjskim sensie, że ruch niejako należy do istoty atomu, jest jednym z  jego nieodłącznych atrybutów. Świat jest, jaki jest, i  trzeba zaakceptować pewne jego podstawowe cechy. Mimo wszystkich waszych teorii wyjaśniających cztery rodzaje sił, nie możesz chyba odmówić słuszności temu podejściu?
       LEDERMAN:  Rzeczywiście. Ale czy znaczy to, że atomiści wierzyli w  przeznaczenie lub przypadek?
       DEMOKRYT:  Wszystko, co istnieje w  świecie, jest owocem przypadku i  konieczności.
       LEDERMAN:  Przypadek i  konieczność – dwa przeciwieństwa.
       DEMOKRYT:  Niemniej przyroda jest im obu podporządkowana. Wiadomo, że z  nasienia maku zawsze wyrośnie mak, nigdy oset. W ten sposób przejawia się konieczność. Ale liczba nasion maku uformowanych w  wyniku zderzeń między atomami bywa zupełnie przypadkowa.
       LEDERMAN:  Czy chcesz przez to powiedzieć, że zestaw kart, jakie przyroda rozdaje w  pokerowej rozgrywce życia, jest przypadkowy, ale w  sposób konieczny wynikają z  niego określone konsekwencje?
       DEMOKRYT:  Prostackie porównanie, ale rzeczywiście, chyba tak to działa. Czy ten sposób widzenia jest ci obcy?
       LEDERMAN:  Nie, to, o  czym mówisz, bardzo przypomina jedną z  fundamentalnych koncepcji współczesnej fizyki. Nazywamy ją teorią kwantów.
       DEMOKRYT:  O  tak, chodzi ci o  tych młodych Turków z  lat dwudziestych i  trzydziestych tego stulecia. Nie zabawiłem w  tej erze zbyt długo. Te wszystkie kłótnie z  niejakim Einsteinem... Nie widziałem w  tym za grosz sensu.
       LEDERMAN:  Nie podobały ci się te wspaniałe debaty między koterią kwantowców – Nielsem Bohrem, Wernerem Heisenbergiem, Maxem Bornem i  innymi – a  takimi fizykami, jak Erwin Schrödinger i  Albert Einstein, którzy sprzeciwiali się idei przypadku rządzącego przyrodą?
       DEMOKRYT:  Nie zrozum mnie źle, uważam, że oni wszyscy byli bardzo uzdolnieni. Ale ich polemiki nieodmiennie kończyły się tym, że jedna lub druga strona wzywała imienia Pańskiego i  odwoływała się do domniemanych boskich motywacji.
       LEDERMAN:  Einstein powiedział, że nie może zaakceptować Boga, który gra w  kości.
       DEMOKRYT:  Tak, kiedy dyskusja kiepsko idzie, zawsze się wyciąga atutową kartę boskiej interwencji. Wierz mi, miałem tego pod dostatkiem w  starożytnej Grecji. Nawet mój obrońca, Arystoteles, nie mógł mi darować moich przekonań dotyczących przypadku i  ruchu (który traktowałem jako coś danego).
       LEDERMAN:  Jak ci się podobała teoria kwantów?
       DEMOKRYT:  Zdecydowanie mi się podobała, jak sądzę. Spotkałem potem Richarda Feynmana; przyznał mi się, że sam też jej nie rozumiał. Zawsze miałem problem z... Czekaj, odeszliśmy od tematu! Wróćmy do tych prostych cząstek, o  których tyle mi nagadałeś. Wyjaśniałeś mi, jak łączą się kwarki, by powstały... By co powstało?
       LEDERMAN:  Kwarki są składnikami wielkiej klasy obiektów, zwanych hadronami. To od greckiego słowa oznaczającego „ciężki”.
       DEMOKRYT:  Czyżby?
       LEDERMAN:  No właśnie. Najsłynniejszym obiektem zbudowanym z  kwarków jest proton. Składają się nań trzy kwarki. W  rzeczy samej, bardzo wielu kuzynów protonu składa się z  trzech kwarków. Przy sześciu różnych kwarkach istnieje mnóstwo potrójnych kwarkowych kombinacji; zdaje się, że dokładnie 216. Odkryto już większość z  nich. Hadrony te nazwano literami alfabetu greckiego, takimi jak lambda (L), sigma (S) itd.
       DEMOKRYT:  I  proton jest jednym z  hadronów?
       LEDERMAN:  Tak. I najbardziej powszechnym w  naszym Wszechświecie. Można zlepić trzy kwarki i  otrzymać proton albo neutron. Dodając do protonu elektron (należy on do grupy cząstek, zwanej leptonami), można otrzymać atom. Ten konkretny atom to atom wodoru. Z  ośmiu protonów, tyluż neutronów i  elektronów składa się atom tlenu. Neutrony i  protony trzymają się razem w  maciupeńkiej grudce, zwanej jądrem. Zlep dwa atomy wodoru z  jednym atomem tlenu, a  otrzymasz wodę. Trochę wody, trochę węgla, trochę tlenu, parę atomów azotu, a  wcześniej czy później pojawią się komary, konie i  Grecy.
       DEMOKRYT:  I  to wszystko zaczyna się od kwarków?
       LEDERMAN:  Aha.
       DEMOKRYT:  I  nic więcej już nie potrzeba?
       LEDERMAN:  Niezupełnie. Potrzebne jest coś, co utrzyma atomy w  całości i  pozwoli im łączyć się w  grupy.
       DEMOKRYT:  Znowu gluony?
       LEDERMAN:  Nie, one łączą tylko kwarki.
       DEMOKRYT:  O retu! [O  rety!]
       LEDERMAN:  Tu właśnie na scenie pojawiają się Faraday i  inni elektrycy, tacy jak Charles Coulomb. Badali oni siły elektryczne utrzymujące elektron przy jądrze. Atomy przyciągają się nawzajem dzięki skomplikowanemu tańcowi jąder i  elektronów.
       DEMOKRYT:  Czy te elektrony mają też coś wspólnego z  elektrycznością?
       LEDERMAN:  Jest to jedno z  ich podstawowych zadań.
       DEMOKRYT:  To one są bozonami cechowania, podobnie jak fotony oraz cząstki W  i  Z?
       LEDERMAN:  Nie, elektrony są cząstkami materii. Należą do rodziny leptonów. Kwarki i  leptony są składnikami materii. Fotony, gluony, cząstki W  i  Z  oraz grawitony to składniki oddziaływań. Jednym z  ciekawszych aspektów powstającego obecnie obrazu rzeczywistości jest to, że zaciera się różnica między siłami a  materią. Wszystko składa się z  cząstek. Osiągnęliśmy nowy poziom prostoty.
       DEMOKRYT:  To ja już wolę mój system. Moja złożoność wygląda prościej od twojej prostoty. A  jakie są te pozostałe leptony?
       LEDERMAN:  Mamy trzy rodzaje neutrin i  jeszcze dwa leptony, zwane mion i  taon. Ale na razie nie zatrzymujmy się nad tym; w  dzisiejszej globalnej gospodarce elektron jest zdecydowanie najważniejszym leptonem.
       DEMOKRYT:  Mam więc zwracać uwagę tylko na elektron i  sześć kwarków. To powinno wystarczyć dla wyjaśnienia ptaków, morza i  chmur?
       LEDERMAN:  Prawdę mówiąc, prawie wszystko we współczesnym świecie składa się tylko z  dwóch kwarków – górnego u  i  dolnego d   oraz z  elektronów. Neutrino wędruje sobie bez przeszkód po całym Wszechświecie i  wyskakuje z  radioaktywnych jąder. Natomiast większość pozostałych cząstek trzeba wyprodukować w  laboratoriach.
       DEMOKRYT:  No to po co nam one?
       LEDERMAN:  Dobre pytanie. Wierzymy, że materia zbudowana jest z  dwunastu elementarnych cząstek – sześciu kwarków i  sześciu leptonów. Obecnie tylko niektóre z  nich występują obficie w  przyrodzie, ale wszystkie były jednakowo powszechne podczas Wielkiego Wybuchu, w  momencie narodzin Wszechświata.
       DEMOKRYT:  I  kto w  to wszystko wierzy, w  te sześć kwarków i  sześć leptonów? Garstka fizyków, paru odszczepieńców czy może wszyscy?
       LEDERMAN:  Wszyscy, a  w  każdym razie wszyscy rozsądni fizycy zajmujący się cząstkami elementarnymi. Ale ogólna koncepcja została zaakceptowana przez całe środowisko naukowe, zaufali nam w  tym względzie.
       DEMOKRYT:  Czym więc różnią się nasze poglądy? Twierdziłem, że istnieją niepodzielne atomy. Wiele, wiele rodzajów atomów. Że łączą się dzięki komplementarności kształtów. Ty twierdzisz, że jest tylko sześć, czy dwanaście takich a-tomów; nie mają one kształtu, natomiast łączą się ze sobą dzięki komplementarnym ładunkom elektrycznym. Twoje kwarki i  leptony też są niepodzielne. Tylko, czy jesteś pewien, że jest ich właśnie tyle – dwanaście?
       LEDERMAN:  To zależy, jak je liczyć. Jest też sześć antykwarków i  sześć antyleptonów.
       DEMOKRYT:  Na gaJie Zeusa Gromouladnego! [Na gacie Zeusa Gromowładnego!]
góra strony
poprzedni fragment
  
[1]
  
[2]
  
[3]
  
[4]
  
[5]
  
[6]
  
[7]
  
[8]
  
następny fragment
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach