Subota, 30. kolovoza 2014.
Svjetski poznati fizičar i autor "teorije struna"

Intervju Danski fizičar Holger Bech Nielsen: Pogled na Kvarner inspirira me u otkrivanju tajni postanka svemira

Najveću ulogu u Nielsenovom dolasku u Opatiju odigrala je njegova supruga, Hrvatica Klara Pavičić / Foto Marin ANIČIĆ
Najveću ulogu u Nielsenovom dolasku u Opatiju odigrala je njegova supruga, Hrvatica Klara Pavičić / Foto Marin ANIČIĆ
Autor: Davor Žic
Objavljeno: 18. kolovoza 2012. u 13:35

Jedna od stvari o kojima smo raspravljali na uz ovaj prekrasan pogled, jest problem u Velikom prasku koji se zove »slow roll problem«, a odnosi se na prve djeliće sekunde, u kojima se svemir proširio s veličine atoma na veličinu Sunčeva sustava – pojasnio nam je slavni fizičar 

H olger Bech Nielsen, danski teoretički fizičar, u dobi od 71 godine misaono je i dalje »u cvijetu mladosti«. Ali, doduše i fizički – tijekom tri tjedna koja je boravio u Opatiji u društvu svoga kolege, japanskog znanstvenika Keiichi Nagaa, znao je raditi i do tri sata ujutro, i ustajati već u sedam, a niti jedan dan nije propustio izdvojiti dovoljno vremena za plivanje. Zapravo, i na naš razgovor, koji se odvio na terasi bračnog para Arčanin – Nielsenovih domaćina na Tošini – stigao je s kupanja, »naoružan« podebljom tekom u koju je zapisao sve važne podatke koje nije želio propustiti spomenuti. I dok je u teku zavirivao govoreći o svakodnevnim stvarima – imenima ljudi s kojima je surađivao, ili mjestima koja je u ovoj regiji posjetio – kad smo se dotaknuli fizike i njegovog ogromnog doprinosa ovom polju, podsjetnici mu više nisu bili potrebni.

Nielsen je jedan od troje autora takozvane »teorije struna«, jednostavne ideje koju je iznimno teško objasniti, ali koja bi vrlo lako mogla postati temelj za objašnjenje »teorije svega«. Zaigran i vrlo pristupačan, tijekom više od dva sata razgovora proveo nas je nekim novim teoretskim konceptima na kojima radi, ali i atraktivnim premisama koje uključuju putovanje kroz vrijeme i postojanje većeg broja paralelnih svemira. 

  – Kako provodimo vrijeme u Opatiji? Plivamo i radimo, a imamo i turističke ture zahvaljujući našim domaćinima. Vjerojatno najveću ulogu u tome da dođem u Opatiju odigrala je moja supruga, inače Hrvatica Klara Pavičić, koja je u Zagrebu bila susjeda gospođe Maje Arčanin koja nas je ugostila. Otprilike mjesec dana proveli smo u Opatiji, prije toga bili smo u Sloveniji na maloj konferenciji. 

 Čujem da ste bili i na turističkom razgledavanju?
  – Da, jedna od prvih stvari koje sam vidio bila je rodna kuća Andrije Mohorovičića, to mi se doista svidjelo. Naši su nas domaćini vodili i na »turneje« po ovom kraju, čitava regija je vrlo lijepa, a posebno me oduševljava pogled na more i planine u pozadini. U mojoj zemlji gotovo uopće nema planina. Ovdje se ne moramo niti maknuti s balkona da bismo uživali u pogledu. Ali posjetili smo i neke kulturne spomenike, bili smo u Mošćenicama i Kastvu, doista je sve impresivno. 

 Dugo vremena oženjeni ste za svoju suprugu Klaru, jeste li uspjeli naučiti štogod hrvatskog?
  – O, samo nekoliko riječi, nešto više razumijem nego što govorim. 

 Kako vidim, našli ste zanimljiv način da se podučite našem jeziku...
  – Da, kad smo bili tu u Matuljima obnoviti zalihe bilježnica i olovaka za naš rad, kupio sam dječju slikovnicu. Koliko sam uspio shvatiti, to je jedna knjižica o prirodi s puno slika, a govori o tome tko su dobri roditelji, a tko loši u životinjskom svijetu. Na primjer, kukavica je loš roditelj jer svoju djecu ostavlja drugima na brigu... 

 I amateri mogu doći do otkrića

U Danskoj, gdje živite, imate status »rock-zvijezde«. Ljudi vas zaustavljaju na ulici, traže autograme...
  – Da, ponekad. Često držim popularna predavanja o fizici, govorim o Velikom prasku i Standardnom modelu fizike čestica, gostujem ponekad i na televiziji, pa me ljudi prepoznaju i zainteresirani su za teme o kojima govorim. 

 Zaustavljaju Vas ljudi sa željom da razgovaraju o teoretskoj fizici?
  – Da, doista. Mnogo ljudi koje srećem zainteresirani su u teoretsku fiziku, a i među ljudima koji se ne bave tim poljem profesionalno postoje brojni koji imaju vlastite originalne ideje i razrađuju vlastite modele teorija na amaterskoj osnovi. Doduše, vrlo je vjerojatno da i amateri mogu naići na važno otkriće, i šteta je što im ne stignem posvetiti više vremena. Mislim da bi bila dobra ideja da se napravi neka institucija koja bi pročitala njihove radove i predstavila njihove ideje. Dobro je da imaju priliku makar komentirati, razgovarati i ispitivati... 

Efekt »dolaska iz budućnosti«

Jedna vaša druga teorija dotaknula se i ideje putovanja kroz vrijeme... 
  – To je teorija kompleksne akcije, koja koristi kompleksne ili imaginarne brojeve – kao što je »i«, odnosno korijen broja -1, za objašnjavanje akcije, a uobičajeno je za takve »jednadžbe kretanja« koristiti realne brojeve. Ukoliko bi ta teorija bila točna, dobili bismo mehanizam za predviđanje početnog stanja svake akcije. Takva teorija uključuje i buduće događaje, odnosno buduću povijest neke akcije, što bi značilo da su događaji koji se danas događaju dijelom pod utjecajem budućnosti, što donekle sliči na putovanje kroz vrijeme. U općoj teoriji relativnosti, Einsteinovoj teoriji gravitacije, imate mogućnosti stvaranja brojnih crvotočina i načina za »šuljanje« kroz prostor i vrijeme, na način da se može izlaziti iz jednog prostora i vremena u drugo, i zatim se vraćati natrag... To je, doduše, vrlo malo vjerojatno u praksi... 

 Znači, još ništa od putovanja kroz vrijeme? 
  – Još ne. Ali, teoretski možemo takve situacije očekivati na niskim energetskim razinama. Postoje još neke moje teorije koje sam nazvao »baby universes theory«, a koje su pokušale predvidjeti da bi efekt »dolaska iz budućnosti« bio »razmazan« na takav način da to ne biste doživjeli kao nečiji »prolazak kroz vrijeme«, nego kao utjecanje na neke od parametara koji danas vladaju. Na primjer, postoji predviđanje da je početna energetska gustoća svemira regulirana kroz pojavu tih »baby svemira« i da bi trebala objasniti zbog čega je ta energija toliko malena. Naime, za fizičare »visokih energija« kao što sam ja, i sam prazan prostor je vrlo kompleksna pojava, a misterij energetske gustoće vakuuma je u tome što je ona tako mala, jer bi kompleksni vakuum kakvim ga danas doživljavao imao enormnu energetsku gustoću. Teorija »baby svemira«, koji u obzir uzimaju efekte iz prošlosti ali i budućnosti kroz male strukture slične crvotočinama koje se nazivaju »baby svemirima«, mogla bi objasniti tu misteriju na način da se kaže da je energetska gustoća vakuuma bila »prilagođena« tako da bude tako mala. Ideja je da ti efekti iz budućnosti utječu na tu gustoću. 

  Zbog čega je energetska razina te gustoće važna? 
  – Pa, ako je ona niska, onda se svemir razvija na ovaj, relativno miran, način. Kad bi bila velika, on bi eksplodirao vrlo snažno, a kada bi bila negativna, urušio bi se. Znači, nama je od krucijalne važnost da ta energetska gustoća bude mala. A imamo potvrdu da je takva, barem u ovom svemiru u kojem sada sjedimo, jer je ona astronomski izmjerena. Doduše, energetska gustoća vakuuma čini 73 posto energetske gustoće u svemiru, što zvuči puno, ali zapravo je ekstremno mala u odnosu na očekivanu, i ta pojava traži svoje objašnjenje. E, sada – kad sam vam spomenuo da smo uspjeli proračunati kakva bi bila masa Higgsove čestice, to je zapravo proračun temeljen na »multiple point principle«, odnosno ideji da postoji više vakuuma s energetskom gustoćom sličnom ovom našom. Za takvo što, masa Higgsova bozona trebala bi biti takva kakvu smo proračunali, a koja je otprilike jednaka onoj koja je i utvrđena. 

   Kako ste odabrali polje teoretske fizike za svoju radnu domenu?
  – Još kao dijete bio sam dosta dobar u matematici. Mislim da sam naučio fraktalne kalkulacije, kad sam imao samo tri ili četiri godine, u dosta ranijoj dobi nego većina ljudi. Činilo se logičnim da postanem matematičar, fizičar ili neka vrsta inženjera. No, kako sam dosta slab u praktičnom radu, pokazalo se da karijera inženjera ne bi bila odveć dobar odabir. Činilo se da nisam baš prikladan za takav posao, pa sam umjesto toga došao u Niels Bohr Institut i odlučio biti fizičar. 

 Čini mi se da je i svjetska znanost profitirala od takve odluke, jer ostavili ste velik trag u polju teoretske fizike, posebice u razvoju teorije struna.
  – Hvala vam na lijepim riječima. Da, točno je da me smatraju »ocem«, ponekad i »lošim ocem« teorije struna, uz Yoichiro Nambua i Leonarda Susskinda. 

 Kako biste objasnili tu teoriju laiku?
  – Ta je teorija kasnije je nadograđena kao »super-string theory«, a u tom »super« elementu moj doprinos i nije toliko značajan. U posljednje vrijeme najpopularnije objašnjenje jest da najmanje čestice, od kojih je sve u svemiru izgrađeno, primjerice elektroni koji kruže oko jezgre atoma, kvarkovi od kojih su čestice u toj jezgri sastavljene ili fotoni koji čine svjetlost – da su sve te čestice konstruirane od malenih komadića struna. Dakle, kad bismo mogli pogledati u toliko male veličine, vidjeli bismo da izgledaju otprilike kao male »laštike«. Drugim riječima, da objasnim tu analogiju – ti bi gradivni elementi na strune podsjećali zbog toga što bi bili znatno duži nego što su široki, zapravo bi trebali biti beskonačno tanki. Naravno, govorimo o vrijednostima koje se kreću oko 10 na -35 potenciju metra, što je toliko malo da kad bismo atom povećali na veličinu Sunčeva sustava, te bi strune bile veličine jednog protona. Zbog toga je čitava teorija poprilično spekulativna. 

 Teorija svega

Kakve su implikacije te teorije na moderna znanstvena shvaćanja?
  – Pa, recimo da bi one objasnile teoriju svega. Ako bi »super-string theory« bila dokazano točna, mogli bismo reći da smo, u principu, shvatili kako funkcionira čitava fizika. 

 Dokazivanjem ove teorije bavi se i »Veliki sudarač hadrona«, odnosno LHC u Cernu?
  – To je jedna od stvari kojima se bavi, ali možda i najvažnija zadaća ovog projekta. Teorija koju imamo sada, i koja dosta dobro objašnjava stanje stvari, funkcionira tek na relativno niskim energetskim vrijednostima od oko 3,5 TeV, što je otprilike energija koju oslobodi muha kada spusti noge. To je vrlo mala energija, nedovoljna za otkrivanje je li teorija struna točna. Međutim, postoje neke indicije o otkrivanju elementa simetrije unutar teorije struna, a taj element je zadužen za dodatak »super« koji je prati. To znači da svaka čestica, primjerice elektron, ima svoju analognu česticu s ponešto drugačijim karakteristikama koja bi se nazvala selektron. Ali, ako bi doista imao jednaku masu, onda bi teorija bila potpuno mrtva, a ono čemu se mi nadamo jest da bi njegova masa trebala biti nešto veća od mase elektrona, a vjerujem da zato nismo našli tu česticu, jer nismo uspjeli stvoriti dovoljno veliku energiju iz koje bi nastala čestica tako velike mase. Međutim, postoji jedna čestica nazvana gluon, koja bi trebala povezati kvarkove zajedno tako da stvore protone i neutrone. Gluoni imaju svoje partnere u supersimetriji, a ti partneri zovu se gluino. Oni bi bili među najlakšim za proizvesti u LHC-u, a približili smo se definiranju njegove mase. 

 Kako se u sve to uklapa takozvana »božja čestica«, odnosno Higgsov bozon?
  – Internetska veza ovdje mi je loša, ali zadnji puta kada sam provjerio, još uvijek nisu pronašli gluine. Međutim, pronađen je Higgsov bozon! To potvrđuje Standardni model, koji je i inače potvrđen. Taj model objašnjava stvari koje se događaju na niskim energetskim razinama teorija struna. Ako postoji supersimetrija, odnosno ako je teorija struna do te razine točna, trebali bismo pronaći pet Higgsovih čestica. Drugim riječima, ovo otkriće potvrđuje ono što smo i ranije znali, ali otvara se mogućnost da bi Standardni model mogao biti točan i na višim energetskim razinama. 

 Teorija kompleksne akcije

Pronalazak Higgsova bozona potkrijepljuje i neke vaše nalaze?
  – S kolegama C. D. Froggattom i Yasutaka Takanishijem objavio sam predviđanje mase Higgsova bozona, i to vrlo blizu mase čestice koja je pronađena. To potvrđuje princip koji se zove »multiple point principle«, a koji ima vrlo malo dodirnih točaka s teorijom struna. Zasniva se na ideji da bi trebalo postojati nekoliko vakuuma s istom energetskom gustoćom. 

 U Opatiji radite s kolegom, Keiichi Nagaom. Kojim se projektom ovdje bavite?
  – Radimo na jednom dijelu teorije kompleksne akcije koji sam ranije spomenuo, odnosno na stvaranju formalizama koji tu teoriju podržavaju. Teorije koje koriste realne brojeve za objašnjenje akcija evaluirane su kroz godine korištenja, ali kada učinimo tu akciju kompleksnom, moramo otkriti kako stvari u takvom svijetu funkcioniraju. Svaki sistem može biti objašnjen kroz akciju – u klasičnoj fizici postuliramo početno i krajnje stanje sustava i otkrivamo njegovo kretanje između ta dva stanja. Formulacije na kojima radimo uključuju kvantnu mehaniku, i od tuda se pokušavamo približiti kalkulacijama koje koristi klasična fizika, a dijelom smo u tome uspješni. Ono što smo otkrili jest da, čak i kad koristimo klasičnu teoriju, dobivamo kompleksne rezultate. Ukratko, ono što smo shvatili jest da nema razloga da koristimo realne brojeve u objašnjavanju akcije, jer čak i kad koristimo imaginarne brojeve dobivamo gotovo identične rezultate kao kad koristimo realne brojeve. To je važno otkriće, jer u estetskom smislu imaginarni brojevi su općenitiji od realnih, pa ako pretpostavimo da je akcija realna – to predstavlja restrikciju. 

 »Heisengerov princip nesigurnosti«

Kako se to odražava na aktualno poimanje fizike?
  – Jedna od stvari o kojima smo raspravljali na ovom lijepom balkonu gdje sada razgovaramo, uz ovaj prekrasan pogled, jest problem u Velikom prasku koji se zove »slow roll problem«. U prvim djelićima sekunde, koji su trajali nekoliko milijardi puta kraće od njenog milijarditog djelića, dogodio se period inflacije u kojem se svemir proširio iznimno brzo. Toliko brzo da se svemir u tako kratkom vremenu proširio s veličine atoma na veličinu Sunčeva sustava. Problem koji ovdje postoji jest da kad pokušamo objasniti ovo događanje, dolazimo do poteškoće izgradnje zdravih modela koji bi omogućili da polje koje je utjecalo na ovo događanje i kasnije se raspršilo kako bi se svemir počeo hladiti i nastavio svoje širenje znatno sporije, osigura dovoljno dug period inflacije. Da se poslužim analogijom, to je kao da postavim ovu kemijsku olovku i kažem da će ona stajati uspravno na svom vrhu nekoliko sati nakon što je otpustim. Ako vas nije jako briga, možda ćete reći da u strogoj teoriji takva situacija nije nemoguća ako je postavim iznimno precizno, ali vjerujem da biste bili zaprepašteni kad bi se to doista i dogodilo. Kada u tu priču umiješamo kvantnu mehaniku, pojavljuje se situacija koju zovemo »Heisengerov princip nesigurnosti« koji kaže da uvijek postoje fluktuacije koje takvo stanje čine još manje vjerojatnijim... 

 A Vaš rad trebao bi riješiti ovaj problem?
  – Tome se nadamo. Ako je, u skladu s našim idejama, akcija organizirana u skladu s očekivanjima budućnosti, odnosno ako je za buduće događaje važno koliko dugo ova kemijska stoji na svome vrhu, kao što potvrđuju fenomenološki dokazi koji kažu da je inflatorno polje doista toliko dugo bilo postojano, možda bi teorija kompleksne akcije mogla poslužiti kao objašnjenje. Vjerujemo da bi naš model mogao biti koristan u rješavanju »slow roll« problema...

Komentari

2
Morate biti prijavljeni ako želite ostaviti komentar. Prijavi se / Registriraj se
  • tataradi
    tataradi   Objavljeno: 28. kolovoza 2012. u 20:36

    Da... To je to! Sad su mi je sve jasno. K'o dan!

  • gospodin Cvetko
    gospodin Cvetko   Objavljeno: 24. kolovoza 2012. u 14:29

    hm hm hm ... Pogled na Kvarner inspirira me u otkrivanju tajni postanka svemira ... kakva divna
    i lijepa alegorija ... a baš bi bilo interesantno ... da ga malo odvedu na izlet do Marištine ... da vidi
    u praksi diskrepanciju između prakse i ekološko naručenih studijskih teorija ... vjerovatno bi ga
    taj deponij asocirao na predvorje smrdljivog pakla ... gdje je ljudska rasa svoje eko - dno dotakla
    kažu da stoga tamošnji mještani Vujića i Obija tamo na piknik zovu ... a kako su isti kooperativni
    možda sa miomirisom nafiksanim pukom složno i solidarno tamo dočekaju .. Božić i godinu Novu