stiven hoking - velika zamisao

7/24/2019 Stiven Hoking - Velika Zamisao

1/124


2/124

zdls & meteori

2

Stiven Hokingi Leonard Mlodinov

VELIKAZAMISAO

Naziv originala:

Stephen Hawking and Leonard Mlodinow

THE GRAND DESIGN

www.crowarez.orgwww.bosnaunited.net


3/124

zdls & meteori

3


4/124

zdls & meteori

4


5/124

zdls & meteori

5

Prvo poglavlje:

Misterija postojanja

Svako od nas postoji tek kratko vreme. U tom vremenu istraujemo samo malideo itave vaseljene. Ljudi su radoznala vrsta. udimo se i tragamo za odgovorima.ivimo u golemom, naizmenino prijatnom i okrutnom svetu. Zurimo u beskrajnanebesa, postavljajui nebrojena pitanja. Kako da shvatimo svet u kom smo se nali?Kako se vaseljena ponaa? ta je priroda stvarnosti? Odakle sve ovo potie? Da li jevaseljeni neophodan tvorac? Veina ljudi ne provodi previse vremena mozgajui oovom pitanjima, ali je gotovo svaki ovek ponekad o njima razmiljao.

Filozofija se odvajkada bavila ovim pitanjima, ali je ona mrtva. Nije odralakorak s najnovijim naunim dostignuima, pogotovo na polju fizike. Naunici suponeli baklju otkria u potrazi za znanjem. Svrha ove knjige je da ponudi odgovorena osnovu skoranjih otkria i ostvarenog napretka na teorijskom polju. Naunadostignua ukazuju na novu sliku vaseljene i naeg mesta u njoj. Ta slika se veomarazlikuje od tradicionalne, pa ak i od one od pre deset ili dvadeset godina, iako suse njeni prvi obrisi pojavili pre gotovo stotinu godina.

Tradicionalno poimanje vaseljene barata s predmetima koji se kreu po tanoutvrenim putanjama, s jasnim istorijama. Sposobni smo da precizno utvrdimonjihov poloaj u svakom trenutku. Iako je ovaj prilaz u dovoljnoj meri uspean zasvakodnevne potrebe, jo dvadesetih godina dvadesetog veka uoeno je da seklasina, slika ne odnosi na naizgled bizarno ponaanje primeeno na atomskom ipodatomskom nivou postojanja. To je nametnulo prihvatanje razliitog okviranazvanog kvantna fizika. Kvantne teorije su se pokazale udesno tanim, upredvianju dogaaja na ovim nivoima veliina i kadrim da ponove predvianjastarih, klasinih teorija na makroskopskom nivou svakodnevnog ivota, iako sukvantna i klasina fizika zasnovane na veoma razliitim poimanjima fizikestvarnosti.

Kvantne teorije mogu biti formulisane na mnogo razliitih naina. Verovatnonajintuitivniji opis je dao Riard Dik Fejnman (1918-1988), veoma ivopisna linost.

Radio je na Kalifornijskom tehnolokom institutu i svirao bongo bubnjeve u striptizbaru u susedstvu. Tvrdio je da sistem nema jednu ve sve mogue istorije. U potraziza odgovorima izloiemo detaljno Fejnmanov pristup. Upotrebiemo ga da bismoistraili ideju da ni vaseljena nema jednu istoriju, pa ak ni nezavisno postojanje. To

je i dan-danas radikalna ideja za veliki broj fiziara. I ona se, poput mnogih drugihpostavki savremene nauke, naizgled opire zdravom razumu. Zdrav razum sezasniva na svakodnevnom iskustvu, a ne na saznanjima o vaseljeni do kojih smo


6/124

zdls & meteori

6

doli zahvaljujui udesima tehnologije koja nam dozvoljavaju da se zagledamoduboko u atom, ili daleko unatrag ka ranoj vaseljeni.

.....ovo je moja filozofija.

Do pojave savremene fizike verovalo se da se do sveg znanja o svetu moe doidirektnim posmatranjem i da su stvari ono to jesu, onakve kakve ih poimamoulima. Spektakularni uspesi savremene fizike, zasnovani na postavkama slinimFejnmanovim, sukobljenim sa svakodnevnim iskustvom, pokazali su da to nijesluaj. Naivno poimanje stvarnosti stoga nije usaglaeno sa savremenom fizikom.

Usvojiemo prilaz koji emo nazvati realizam zavisan od modela, da bismo seuhvatili u kotac s takvim paradoksima. Zasnovan je na ideji da na mozak tumaipodatke iz ulnih organa tako to stvara modele sveta. Kad se model pokaeuspenim u objanjenju dogaaja, njemu i elementima i postavkama od kojih jenainjen pripisujemo osobine stvarnosti i apsolutne istine. Postoje razliiti naini zamodelovanje iste fizike situacije. Svaki od tih naina moe koristiti razliite osnovneelemente i postavke. Ako dve fizike teorije ili modela tano predviaju iste


7/124

zdls & meteori

7

dogaaje, ne moe se rei da je jedna stvarnija od druge. Slobodni smo da koristimonajpogodniji model.

Istorija nauke pripoveda o otkriima sve boljih i boljih teorija ili modela, odPlatona, preko klasine Njutnove teorije, do savremenih kvantnih teorija. Prirodno jezapitati se da li e ovaj niz stii do krajnje take, do konane teorije vaseljene, koja e

obuhvatiti sve sile i predvideti svako opaanje koje moemo nainiti, ili emodoveka iznalaziti sve bolje teorije, ali nikada i onu koju je nemogue poboljati? Jone raspolaemo konanim odgovorom na ovo pitanje, ali imamo kandidata za teorijusvega, ako takva uopte postoji. Zovemo je M-teorijom. Ona ima sva svojstva koja,po naem miljenju, konana teorija mora da ima. Na njoj je zasnovan najvei deorasprave koja sledi.

M-teorija nije teorija u uobiajenom smislu te rei. To je itava porodica razliitihteorija, od kojih svaka opisuje zapaanja u odreenom opsegu fizikih situacija.Pomalo podsea na mapu. Dobro je poznato da se itava povrina Zemlje ne moeprikazati na jednoj mapi. Uobiajena Merkatorova projekcija koristi mape sveta na

kojima oblasti izgledaju vee na dalekom severu i jugu. One takoe ne pokazujuSeverni i Juni pol. Verna slika itave planete moe se prikazati samo na nekolikomapa, od kojih svaka pokriva odreenu oblast. Mape se preklapaju i na tim mestimapokazuju isti krajolik.

M-teorija je slina. Razliite teorije iz porodice M-teorije mogu izgledati znatnodrugaije, ali se sve mogu posmatrati iz ugla iste osnovne teorije. One su verzijemodela, upotrebljive samo u ogranienim oblastima, na primer kad su odreeneveliine, poput energije male. Predviaju istu pojavu, kad se oblasti razlii tih verzijapreklapaju, kao preklapajue mape u Merkatorovoj projekciji. Nema jedne teorijekoja e dobro predstaviti zapaanja u svim situacijama, ba kao to nema ravnemape koja moe verno prikazati itavu povrinu Zemlje.

Objasniemo kako M-teorija moe da ponudi odgovore na pitanje stvaranja.Prema M-teoriji, naa vaseljena nije jedina. Ona, umesto toga predvia da je veliki

broj vaseljena stvoren iz nitavila. Stvorene su bez intervencije natprirodnog bia iliBoga. Brojne vaseljene nastale su prirodnim putem iz zakona fizike. One supredvianja nauke. Svaka vaseljena ima mnogo moguih istorija i mnogo moguihstanja u kasnijim vremenima, kao to je dananje, dugo nakon stvaranja. Najveibrojtih stanja bie prilino drugaiji od vaseljene koju opaamo i prilino negostoljubivza bilo koje oblike ivota. Bia slina nama mogla bi postojati samo u malom broju

njih. Nae prisustvo nas nagoni da iz velikog mnotva vaseljena izdvojimo samo onepogodne za nae postojanje. To nas, iako smo u kosmikim razmerama sitni ibeznaajni, na izvestan nain ini gospodarima stvaranja.

Da bismo razumeli vaseljenu na najdubljem nivou, moramo da znamo ne samokako se ona ponaa, ve i zato7.

Zato postoji neto umesto niega? Zato postojimo?


8/124

zdls & meteori

8

Zato postoji ovaj skup zakona, a ne neki drugi?

Karta sveta / Za objanjenje vaseljene potrebno je vie preklapajuih teorija, bakao to je vise preklapajuih mapa neophodno za prikazivanje Zemlje.

Ovo je Konano pitanje ivota, vaseljene i svega postojeeg. U ovoj knjizipokuaemo da odgovorimo na njega. Na odgovor nee biti poput onog koji se nudiuAutostoperskom vodiu kroz galaksiju, kratko 42.


9/124

zdls & meteori

9


10/124

zdls & meteori

10


11/124

zdls & meteori

11

Drugo poglavlje:

Vladavina zakona

Vuk Skol uplaie Mesec

koji e pobei u umu Voe:

Vuk Hati, Hridvitnirov roak,

gonie Sunce.

- GRIMNISMAL, STARIJA PROZNA EDA

Skol i Hati u vikinkoj mitologiji gone Sunce i Mesec. Kad vukovi stignu jedno ilidrugo nebesko telo, nastaje pomraenje. Kad se ovo dogodi, ljudi na Zemlji nastojeda naprave to veu buku da bi poplaili vukove. Slini mitovi postoje u drugimkulturama. Ljudi su, posle nekog vremena, sigurno primetili da Sunce i Mesec ubrzoizlaze iz pomraenja bez obzira da li oni tre, urlaju i udaraju po svemu na ta naiu.S vremenom su zapazili da se pomraenja ne dogaaju u sluajnim vremenskimperiodima, ve u pravilnim obrascima koji se ponavljaju. Ovi obrasci su bilinajuoljiviji u pomraenjima Meseca, to je drevnim Vaviloncima omoguilo da ihprilino tano predvide, iako nisu shvatali da ih uzrokuje Zemlja, blokirajuiSunevu svetlost. Pomraenja Sunca je bilo tee predvideti, zato to su vidljiva spojasa irokog samo pedeset pet kilometara. Kad bi se obrazac uoio, posmatraima

je postajalo jasno da pomraenja ne zavise od muiave volje natprirodnih bia, veda njima upravljaju zakoni.

Uprkos ranim uspesima u predvianju pokreta nebeskih tela, najvei brojprirodnih pojava naim precima inio se nepredvidljivim. Mislili su da je nemoguepredvideti vulkanske erupcije, zemljotrese, oluje, zaraze i urasle nokte na nonimprstima. U starom veku je bilo prirodno pripisivati najsnanije prirodne pojavepanteonu zlih i obeenjaki raspoloenih boanstava. Katastrofe su najeetumaene kao posledica sagreenja prema bogovima. Na primer, 4800. godine pre n.

e. eksplodirao je vulkan na planini Mazama u Oregonu. Godinama je izbacivaousijano stenje i prainu.

To je dovelo do viegodinjih obilnih kia koje su postepeno napunile vulkanskikrater, koji se danas zove Kratersko jezero. Klamat Indijanci iz Oregona ispleli sulegendu koja verno prenosi sve geoloke detalje kataklizme i unosi element drame,prikazujui ljude kao uzrok katastrofe. Ljudska sposobnost za griu savesti je tolikada u svemu to se dogaa vide svoju krivicu. Legenda pripoveda da se Lao,gospodar


12/124

zdls & meteori

12

Pomraenje / Drevni ljudi nisu znali ta izaziva pomraenja, ali su zapaziliobrasce njihovog pojavljivanja.

podzemnog sveta zaljubio u divnu ki poglavice Klamata. Skel, gospodar gornjegsveta se, na svu sreu, saalio na ljude i zametnuo boj sa suparnikom iz donjeg sveta.Poraeni Lao pao je u planinu Mazama. Ostavio je za sobom veliku rupu, krater kojise s vremenom ispunio vodom.

Nepoznavanje naina na koji priroda funkcionie nagnala je drevne ljude daizmisle bogove koji upravljaju svakim vidom njihovog ivota. Postojali su bogoviljubavi i rata, sunca, zemlje i neba, okeana i reka, kia i oluja, ak i zemljotresa ivulkana. Kad su bogovi bili zadovoljni, narodi su uivali u lepom vremenu, miru iodsustvu prirodnih katastrofa i zaraza. Kad bi se boanstva naljutila, stizale su sue,ratovi, zaraze i epidemije. Bogovi su im se inili neshvatljivim, poto nisu uvialivezu izmeu uzroka i posledica. Smatrali su da su preputeni na milost i nemilosttim biima. To poimanje poelo je da se menja pre nekih dve hiljade i est stotinagodina, zahvaljujui Talesu. On je tvorac ideje da priroda sledi dosledna naela kojise mogu deifrovati. To je bio poetak dugog procesa zamene shvatanja o vladavini

bogova, onima o vaseljeni kojom upravljaju zakoni prirode, stvorenoj po planu kojiemo jednog dana nauiti da itamo.


13/124

zdls & meteori

13

Nauna misao je, sa stanovnitva celokupne ljudske istorije, pojava skoranjegdatuma. Prvi ovek pojavio se u podsaharskoj Africi pre oko 200.000 godina. Pismose pojavilo nekih 7.000 godina pre n. e. Najranije ljudske zajednice okupljale su seoko uzgajanja itarica. (Neki od najdrevnijih zapisa se bave raspodelom dnevnogsledovanja piva na lanove zajednice). Najraniji pisani dokumenti velike civilizacije

drevne Grke potiu iz devetog veka pre n. e. Pomenuta civilizacija je svoj vrhunac,nazvan klasinim periodom, doivela tek nekoliko stotina godina kasnije, netopre petstote godine pre n. e. Prema Aristotelu (384-322. pre n. e.), negde u to vreme

je Tales iz Mileta (oko 624 - oko 546. pre n. e.) - grada u zapadnoj Turskoj - prvidoao na ideju da svet moe biti shvaen, da sloene pojave oko nas mogu bitisvedene na jednostavna naela i objanjene bez oslanjanja na mitske i teolokepostavke.

Talesu se pripisuje prvo predvianje pomraenja sunca 565. godine pre n. e., iakoje do precizne prognoze doao najverovatnije sluajno. On je malo poznata linost,iji originalni radovi nisu sauvani ni u fragmentima. iveo je u jednom od

intelektualnih sredita stare Grke, u Joniji. Kolonizovali su je Grci. Uticaj jonskemisli preao je granice dananje Turske. Proirio se na zapad, sve do Italije. Jonskanauka je bila poduhvat karakteristian po izraenom interesovanju za otkrivanjeosnovnih zakona u pozadini prirodnih pojava. Predstavlja prekretnicu u istorijiljudskog miljenja. Zdravorazumski pristup drevnih mislilaca u mnogo sluajevadoveo ih je do zakljuaka, iznenaujue slinih dananjim, otkrivenim zahvaljujuimnogo sofisticiranijim naunim metodama. Bio je to veliki poetak. Najvei deo

jonske nauke e u nastupajuim vekovima biti zaboravljen, samo da bi bio ponovootkriven, ponekad i vie puta.

Prve matematike formulacije onog to bismo danas zvali zakonima prirode,

legende pripisuju Jonjaninu Pitagori (oko 580 - 490 pre n. e.), uvenom po teoreminazvanoj po njemu, po kojoj je kvadrat nad hipotenuzom (najdue strane)pravouglog trougla jednak zbiru kvadrata nad katetama. Pria se da je Pitagoraotkrio brojani odnos izmeu duine ica na muzikim instrumentima iharmonijskih kombinacija zvukova. Dananjim jezikom taj odnos bismo opisalirekavi da je frekvencija - broj vibracija u sekundi - jednako zategnute ice kojavibrira obrnuto proporcionalna njenoj duini. S praktine take gledita, ovoobjanjava zato krae ice na gitari proizvode vie i due tonove. Pitagora toverovatno nije otkrio - kao to nije otkrio ni teoremu koja nosi njegovo ime alipostoje dokazi da se u njegovo doba znalo za neke odnose izmeu duine ice i

visine tona. Ako je to tano, moglo bi se rei da je ta jednostavna matematikaformula prvi korak u nastanku onog to danas zovemo teorijskom fizikom.

Izuzev Pitagorinog zakona o icama, jedini fiziki zakoni za koje su drevnimislioci znali jesu tri zakona koje je otkrio Arhimed (oko 287 - oko 212. pre n. e.),daleko najznaajniji antiki fiziar. Zakon poluge, dananjom terminologijom,objanjava kako manja sila moe da podigne veliku teinu zato to poluga poveavasilu u zavisnosti od razdaljine od take oslonca. Zakon ploveih tela navodi da svaki


14/124

zdls & meteori

14

predmet potopljen u tenost trpi dejstvo sile koja ga gura ka povrini, srazmernoteini

Jonija / Ueni ljudi u drevnoj Joniji meu prvima su prirodne pojave objanjavali

prirodnim zakonima, umesto mitovima ili teologijom.

izmetene tenosti. Zakon refleksije opisuje kako je ugao izmeu svetlosnog zraka iogledala jednak uglu izmeu ogledala i odbijenog zraka. Arhimed ove uvide nijezvao zakonima, niti ih je objanjavao pozivajui se na zapaanja i merenja. Poimao ih

je kao isto matematike teoreme, u aksiomatinom sistemu vrlo nalik onom koji jeEuklid stvorio za geometriju.

Kako se jonski uticaj irio, pojavljivali su se i drugi mislioci koji su uviali davaseljenom vlada unutranji poredak, koji se moe razumeti posmatranjem irazmiljanjem. Anaksimandar (oko 610 - oko 546. pre n. e.), prijatelj i mogui uenik

Talesa, tvrdi da prvi ovek ne bi preiveo da se na svetu pojavio kao novoroene,zato to se bebe raaju bespomone. Ta misao se moe protumaiti kao prva ideja oevoluciji. Anaksimandar je obrazlagao da su ljudi zbog toga evoluirali od drugihivotinja, iji je podmladak znatno otporniji. Empedokle (490-430. pre n. e.) na Sicilijiposmatra instrument zvani klepsidra, korien za zahvatanje vode. To je bila kugla sotvorom na vrhu i sitnim otvorima na dnu. Napunila bi se kad bi je zaronili u vodu.Voda ne bi iscurila na sitne otvore kad bi klepsidra izronila, ako je otvor na vrhu bio


15/124

zdls & meteori

15

zatvoren. Empedokle je uoio da se klepsidra nije punila ako bi se otvor na vrhuzatvorio pre uranjanja u vodu. Zakljuio je da neto nevidljivo spreava vodu da ueu kuglu kroz rupice. Pronaao je materijalnu supstancu koju danas zovemo vazduh.

Demokrit (460-370. pre n. e.), itelj jonske kolonije na severu Grke, otprilike je uisto vreme razmiljao o onom to se deava kad razbijemo ili iseemo predmet u

komadie. Usvojio je stanovite da se taj proces ne moe unedogled ponavljati.Tvrdio je da se sve to postoji, ukljuujui i sva iva bia, sastoji od osnovnih esticakoje ne mogu biti razbijene u delove. Najsitnije estice je nazvao atomima, na osnovugrkog prideva nedeljiv. Demokrit je verovao da sve prirodne pojave nastaju kaoproizvod sudara atoma. Smatrao je da nedeljive estice, shodno njegovom nainurazmiljanja nazvanom atomizam, plove po prostoru. Kreu se doveka napred, akoih neto ne omete. Danas tu ideju nazivamo zakonom inercije.

Aristarh (310 - oko 230. pre n. e.), jedan od poslednjih jonskih naunika, prvi jezastupao revolucionarnu misao da smo mi samo obini stanovnici vaseljene, a neizuzetna bia koja obitavaju u njenom sreditu. Do nas je dospeo samo jedan od

njegovih prorauna, sloena geometrijska analiza paljivog posmatranja veliineZemljine senke na Mesecu tokom lunarnog pomraenja. Na osnovu prikupljenihpodataka zakljuio je da je Sunce nesumnjivo mnogo vee od Zemlje. Bio je prvaosoba koja je zastupala stav da Zemlja nije sredite naeg planetarnog sistema, veda ona, zajedno s drugim planetama krui oko mnogo veeg Sunca. Ova misao jeverovatno bila potaknuta idejom da se manji predmeti, po prirodi stvari, obru okoveih. Samo jedan korak ga je delio od zakljuka da je Zemlja samo jedna od planetai da ni Sunce ne predstavlja naroitu nebesku pojavu. Aristarh je sumnjao da je bato sluaj. Verovao je da su zvezde koje vidimo na nonom nebu samo daleka sunca.

Jonija je bila dom samo jedne od drevnih grkih filozofskih kola. Svaka jezastupala razliita i esto suprotstavljena stanovita. Uticaj jonskog poimanjaprirode, po kom ona moe biti objanjena preko optih zakona i svedena na

jednostavni niz naela, naalost je trajao samo nekoliko vekova. To nije bilo sluajno.Jonske teorije esto nisu ostavljale mesta postojanju slobodne volje ili svrhe, kao niideji da se bogovi meaju u svetske dogaaje. To su, za grke mislioce i veliki brojnaih savremenika, bili zapanjujui i duboko uznemirujui propusti. Filozof Epikursuprotstavljao se atomizmu tvrdei da je bolje slediti mitove o bogovima negopostati rob sudbine koju propovedaju filozofi prirode. I Aristotel je odbacivao idejuo atomima, zato to nije mogao da prihvati pomisao da su ljudska bia sastavljena od

bezdunih, beivotnih predmeta. Jonska misao da ovek nije u sreditu vaseljene bilaje prekretnica u poimanju kosmosa. Ova kolosalna ideja e biti odbaena sve dopojave Galileja, gotovo dvadeset vekova kasnije.

Veina ideja drevnih Grka o prirodi, pa ak ni one najpronicljivije, ne bi prolekao nauna saznanja, s dananje take gledita. Kao prvo, Grci nisu izumeli naunimetod. Njihove teorije nisu razvijane da bi se potvrdile eksperimentima. Nekiuenjak je mogao tvrditi da se atom kree po pravoj liniji sve dok ne udari u drugiatom, a njegov kolega da se atom kree po pravoj liniji dok ne udar i u kiklopa. Nije


16/124

zdls & meteori

16

bilo objektivnog naina za ukrtanje suprotstavljenih miljenja. Stari Grci nisupoznavali razliku izmeu zakona koji upravljaju fizikim svetom i drutvom.Anaksimandar je u petom veku napisao da se sve stvari uzdiu iz prvobitnesupstance i da se njoj vraaju, izuzev ako ne budu kanjene zbog pokvarenosti...Prema jonskom filozofu Heraklitu (oko 535 - 475. pre n. e.), Sunce se ponaa na uvek

isti nain, da ga boginja pravde ne bi kaznila. Nekoliko stotina godina kasnije, utreem veku pre n. e., javljaju se stoici, grka filozofska kola. Oni su razlikovalidrutvene i prirodne zakone. To ih nije spreavalo da neka pravila ponaanja, poputpotovanja bogova i poslunosti prema roditeljima, proglase univerzalnim i da ihuvrste meu prirodne zakonitosti. Shodno tome esto su opisivali prirodne procesepravnim renikom. Verovali su da postoji potreba za prinudom, iako su predmeti odkojih se zahtevala poslunost, bili beivotni. Ako mislite da je teko naterati ljudeda se pridravaju saobraajnih propisa, razmislite koliko je teko navesti asteroideda se kreu po elipsastim putanjama.

Ova tradicija je uticala na sledbenike grke misli u narednim vekovima.

Trinaestovekovni hrianski filozof Toma Akvinski (1225-1274) prihvata ovostanovite. Koristi ga u raspravi o postojanju Boga. Pie kako ... je jasno da (neivatela) stiu dokle stiu ne na osnovu sluaja ve namere... Zbog toga je oevidno dapostoji inteligentno bie po kom se dtava priroda ravna do svog kraja. Velikinemaki astronom Johan Kepler je u esnaestom veku (1571-1630), verovao daplanete mogu ulno opaati, zakljuivati i dosledno slediti zakone kretanja, kojepoimaju svojim umom.

Stav da zakoni prirode moraju biti svesno potovani odraavaju usredsreenostdrevnih mislilaca na pitanje zato se priroda ponaa onako kako se ponaa, umestona pitanje kako se ponaa.

Aristotel je bio jedan od vodeih pristalica tog naina miljenja. Odbacivao jeideju nauke zasnovane prvenstveno na opaanjima. Valja imati na umu da suprecizna merenja i matematiki prorauni u davnim vremenima bili gotovoneizvodljivi. Dekadni numeriki sistem, tako pogodan za aritmetiku, stvoren jenegde oko 700. godine n. e., kad su Indijci nainili prvi veliki korak ka stvaranju ovesnane intelektualne alatke. Skraenice za plus i minus pojavile su se tek krajempetnaestog veka, a znak jednakosti i asovnici sa sekundarom u esnaestom.

Aristotel, istini za volju, nije uviao da problemi u merenju i raunanju ometajurazvoj fizike sposobne da proizvode brojana predvianja. Jednostavno nije uviao

potrebu za njima. On je izgradio svoju fiziku na intelektualno prihvatljivimnaelima. Potiskivao je uoene a neprihvatljive injenice i usmeravao misaonenapore na tumaenje razloga zbog kojih se neke stvari deavaju. Ulagao je veomamalo energije u istraivanje i opisivanje stvarnosti. Aristotel nije zazirao odprilagoavanja zakljuaka u sluajevima oiglednog neslaganja sa stvarniminjenicama. Ta prilagoavanja esto su bila povrna objanjenja koja su samoprikrivala protivrenosti. Na taj nain je uvek mogao da promeni teoriju, koja sedrastino razlikovala od stvarnosti, u dovoljnoj meri da otkloni sukob. Na primer,


17/124

zdls & meteori

17

njegova teorija kretanja tvrdila je da teka tela padaju konstantnom brzinom,proporcionalno svojoj teini. Izmislio je novo naelo da bi objasnio injenicu dapredmeti ubrzavaju prilikom pada. Tela se po novom principu kreu ivlje, a samimtim i bre kad se priblie prirodnom mestu mirovanja. Danas se taj princip inipogodnijim za opis ponaanja nekih ljudi, umesto neivih predmeta. Aristotelovo

uenje je gotovo dve hiljade godina gospodarilo naukom, iako je imao malu ilinikakvu mo predvianja.


18/124

zdls & meteori

18

Neto sam nauio za vreme duge vladavine, a to je da se temperatura stalnopoveava.

Hrianski naslednici grkih filozofa odbacili su ideju da se vaseljena upravljaravnodunim prirodnim zakonom, kao i ideju da ljudi ne zauzimaju privilegovan

poloaj u toj vaseljeni. Ne moe se rei da je u srednjem veku postojao jedinstveni,sveobuhvatni filozofski sistem, ali se verovalo da je vaseljena velika boja kuica zalutke, a da je religija mnogo vaniji predmet prouavanja od prirodnih pojava.Pariski biskup Tempje je 1277. godine, po uputstvima pape Jovana XXI, objaviospisak od 219 sagreenja ili jeresi koje zasluuju osudu. Jedna od njih bila je ideja dase priroda upravlja po zakonima, zato to je u sukobu sa bojom svemogunou.Zanimljivo je da je pomenuti papa Jovan, nekoliko meseci kasnije, stradao usleddelovanja zakona gravitacije, kad mu je krov palate pao na glavu.

Savremeno poimanje prirodnih zakona pojavljuje se u sedamnaestom veku.Kepler je, po svoj prilici, bio prvi naunik koji je o njima razmiljao kao dananjiuenjaci, iako je, kao to smo naveli, zadrao animistiki pristup fizikimpredmetima. Galilej (1564-1642) nije koristio termin zakon, ni u najnaunijimdelima (iako se pojavljuje u nekim prevodima njegovih knjiga). On je, bez obzira nakorienje ili nekorienje termina, otkrio veliki broj zakona. Zalagao se za vaneprincipe da je posmatranje osnov nauke i da je istraivanje brojanih odnosa kojipostoje izmeu prirodnih pojava, njena svrha. Tek je Rene Dekart (1596-1650) prvinedvosmisleno i precizno formulisao ideje o prirodnim zakonima kakve poznajemo.

Dekart je verovao da se sve fizike pojave moraju objasniti pojmovima sudarapokretnih masa, koje se pokoravaju trima zakonima - prethodnicima uvenih

Njutnovih zakona kretanja. Tvrdio je da navedeni zakoni prirode vae na svimmestima i u svim vremenima. Izriito je naveo da pokoravanje ovim zakonima neznai da pokretna tela imaju umove. Dekart je takoe shvatao vanost onog todanas zovemo poetnim uslovima. Oni opisuju stanje sistema na poetku periodavremena za koji neko eli da naini predvianja. U datim prvobitnim uslovima,zakoni prirode upravljaju evolucijom sistema u posmatranom periodu. Ta evolucijane moe se odrediti bez odgovarajueg poetnog stanja. Ako, na primer, u nultomvremenu, golub neto ispusti dok leti iznad nas, putanja tog predmeta u padu moeda se odredi Njutnovim zakonima. Ishod bi bio veoma razliit u zavisnosti od togada li je golub u nultom vremenu sedeo na telefonskoj ici, ili je leteo brzinom od

trideset tri kilometra na as. Da bi se zakoni fizike upotrebili, naunik mora da znastanje sistema na poetku, ili u nekom, tano odreenom trenutku. (Naunik moeda koristi zakone da bi pratio sistem unazad u vremenu).

S obnovljenom verom u postojanje zakona prirode pojavili su se i novi pokuajida se oni pomire s idejom Boga. Dekart je smatrao da Bog moe po volji menjatiistinitost ili neistinitost etikih pretpostavki ili matematikih teorema, ali ne iprirodu. Verovao je da je Bog odredio zakone prirode, ali da ih nije izabrao.Posegnuo je za njima zato to su zakoni koje smo upoznali jedini mogui. Ovo zvui


19/124

zdls & meteori

19

kao ogranienje bojeg autoriteta. Dekart je zaobiao tu prepreku tvrdei da suzakoni nepromenljivi zato to su odraz sutinske boje prirode. Ako je to istina,moglo bi se pomisliti da je Bog imao izbor da stvori razliite svetove. Svaki od njihodgovarao bi razliitim poetnim uslovima. Dekart je i ovo poricao. Tvrdio je da bise svet slian naem razvio bez obzira na raspored tvari na poetku vaseljene. Po

Dekartu, Bog se u potpunosti povukao poto je pustio svet u pogon.Slino glediteje zauzeo i Isak Njutn (1643-1727). On se izborio za iroki prijem

naunih zakona, shvaenih na nama poznati nain. Uinio je to pomou tri zakonakretanja i zakona gravitacije, koji je objasnio orbite Zemlje, Meseca i planeta, kao ipojave poput plima. Nekoliko jednaina i sloeni matematiki okvir koji odonda iznjih izvodimo, i dan-danas ue se u kolama. Koriste se kad god arhitekta crtazgradu, inenjer projektuje automobil, a fiziar izraunava kako da usmeri raketukoja bi trebalo da sleti na Mars. Po reima poete Aleksandra Poupa:

Tama je skrivala prirodu i prirodne zakone

i Bog ree, Neka bude Njutn! i bi svetlost.

Danas bi veina naunika rekla da je zakon prirode naelo zasnovano naopaenoj pravilnosti i da nudi predvianja koja se proteu dalje od posmatranesituacije. Na primer, mogli bismo zapaziti da se sunce svakog jutra podie na istokui formulisati zakon da sunce uvek izlazi na istoku. Ovo uoptavanje prevazilazinae ograniene moi posmatranja izlazeeg sunca, ali se na osnovu njega mogunainiti proverljiva predvianja budunosti. S druge strane izjava poput kompjuteriu ovoj kancelariji su crni, nije zakon prirode, zato to se odnosi samo na kompjutere

u kancelariji. Na osnovu njega nije mogue predvideti kako e novi kompjuter,kupljen za kancelariju, biti crn.

Savremeno shvatanje izraza zakon prirode predmet je filozofske rasprave.Pitanje je mnogo sloenije nego to se na prvi pogled ini. Na primer, filozof Don V.Kerol poredio je tvrdnju sve zlatne kugle su manje od hiljadu eststo metara upreniku, s tvrdnjom, sve kugle uranijuma-235 manje su od hiljadu i est stotinametara u preniku. Ono to znamo o svetu govori nam da nema zlatnih kugli veihod kilometar eststo metara i da moemo biti prilino sigurni da ih nikad nee ni biti.Ova tvrdnja ne moe biti smatrana zakonom, zato to nemamo valjanog razloga dapretpostavimo da je ne moe biti. S druge strane tvrdnja da su sve kugle uranijuma-

235 manje od hiljadu eststo metara, moe biti posmatrana kao zakon prirode, zatoto, na osnovu onog to znamo o nuklearnoj fizici, kad kugla uranijuma-235 narastedo prenika veeg od petnaest centimetara, unitava samu sebe nuklearnomeksplozijom. Zbog toga moemo biti sigurni da takva kugla ne postoji (niti bipravljenje takve bila dobra ideja!). Ova razlika je bitna zato to pokazuje da se svauoena uoptavanja ne mogu smatrati zakonima prirode i da veina zakona prirodepostoji kao deo veeg, isprepletanog sistema.


20/124

zdls & meteori

20

Zakoni prirode se u savremenoj nauci obino izraavaju matematikom. Mogubiti precizno ili priblino izraeni, ali pri posmatranjima moraju da se odre bezizuzetka, ako ne u svakoj prilici, ona bar pod odreenim uslovima. Na primer,znamo da se Njutnovi zakoni moraju modifikovati ako se predmeti kreu brzinama

bliskim brzini svetlosti. I pored toga ih smatramo zakonima, zato to vae u

uslovima svakodnevnog ivota, u kojima su brzine koje beleimo daleko ispodbrzine svetlosti.

Tri pitanje se postavljaju, ako se priroda upravlja zakonima:

1. ta je poreklo zakona?

2. Postoje li bilo kakvi izuzeci od zakona, to jest uda?

3. Postoji li samo jedan sistem moguih zakona?

Naunici, filozofi i teolozi bavili su se na razliite naine ovim pitanjima. Kepler,

Galilej, Dekart i Njutn pruali su tradicionalan odgovor na ovo pitanje. U zakonimasu videli boje delo. Ovo pak nije nita drugo do definisanje Svevinjeg kaootelotvorenja zakona prirode. Ako neko ne podari Bogu jo neke osobine, kao to suone koje karakteriu boanstvo iz Starog zaveta, korienje Boga kao odgovora naprvo pitanje samo zamenjuje jednu zagonetku drugom. Ako potegnemo Svevinjegkao odgovor na prvo pitanje, pravi izazov stie s drugim. Ima li uda, izuzetaka odzakona?

Stavovi oko odgovora na drugo pitanje otro su podeljeni. Platon i Aristotel,najuticajniji starogrki mislioci, dre da ne moe biti izuzetaka od zakona. Ako nekozastupa biblijski stav, Bog ne samo da je stvorio zakone, ve moe biti molitvomnagnan da ini izuzetke - da led smrtno bolesne, da prekida sue pre prirodnogkraja, ili da skoku u dalj iz mesta vrati status olimpijskog sporta. Gotovo svihrianski mislioci zastupaju stav suprotan Dekartovom, da Bog mora da bude ustanju da suspenduje zakone da bi izveo uda. ak je i Njutn verovao u neku vrstuuda. Mislio je da bi planetarne putanje trebalo da budu nestabilne zboggravitacionog privlaenja meu nebeskim telima. Oekivao je da e takvi u ticajiizazivati sve vee smetnje na orbitama i strahovao da e planete pasti na sunce iliizleteti iz solarnog sistema. Verovao je da Bog sigurno podeava putanje nebeskihtela, to jest navija nebeski sat, da ne bi prestao da radi. Markiz Pjer-Simon deLaplas (1749-1827), poznatiji kao Laplas, tvrdio je da su odstupanja periodina, to

jest da se dogaaju u ciklusima, umesto kumulativno. Zakljuio je da se Sunevsistem sam iznova podeava. Objasnio je kako je opstao do dananjeg dana i ukloniopotrebu za boanskom intervencijom.

Laplasu se obino pripisuje da je prvi jasno predstavio nauni determinizam.Tvrdio je da, s obzirom na stanje vaseljene u jednom trenutku, celoviti sistem zakonau potpunosti odreuje budunost i prolost. Ovo iskljuuje mogunost postojanjauda ili aktivnu boju ulogu. Laplasov nauni determinizam je odgovor savremene


21/124

zdls & meteori

21

nauke na drugo pitanje. To je istinski osnov savremene nauke i naelo koje seprovlai kroz itavu knjigu. Nauni zakon to ne moe biti, ako vai samo dok seneko natprirodno bie uzdrava od intervencije. Pria se da je Napoleon, uvideviovo, pitao Laplasa kako se Bog uklapa u njegovu sliku sveta. Naunik mu jeodgovorio: Gospodine, ne vidim potrebu za tom hipotezom.

Mislim da si morao biti odreeniji na drugom koraku.

Poto ljudi ive i stupaju u kontakt s drugim predmetima u vaseljeni, naunideterminizam se mora odnositi i na njih. Mnogi pak prihvataju da naunideterminizam upravlja fizikim procesima, ali misle da je ljudsko ponaanje izuzetood njegovog dejstva, zato to veruju da raspolaemo slobodnom voljom. Dekart, naprimer, da bi sauvao ideju slobodne volje, tvrdi da je ljudski um drugaiji odfizikog sveta i da shodno tome ne sledi njegove zakone. ovek se po njemu sastojiiz dva dela, tela i due. Telo nije nita drugo do obina maina, ali dua nijepodlona naunom zakonu. Dekart se mnogo zanimao za anatomiju i fiziologiju.Smatrao je pinealnu lezdu, majuni organ u sreditu mozga, seditem due.Verovao je da se u njoj raaju sve misli i da je ona ishodite, izvor slobodne volje.


22/124

zdls & meteori

22

Imaju li ljudi slobodnu volju? Ako je imamo, gde se tano razvila na drvetuevolucije? Imaju li plavozelene alge ili bakterije slobodnu volju, ili je njihovoponaanje automatsko i stoga podlono delovanju naunog zakona? Da li samovieelijski organizmi imaju slobodnu volju, ili je ona prisutna iskljuivo kod sisara?Mogli bismo pomisliti da impanza poseduje slobodnu volju, zato to je reila da

gricne bananu, ili maka zato to nam je izgrebala kau. Ali ta emo s okruglimcrvom, jednostavnom ivuljkom sastavljenom od 959 elija? On verovatno nikad sebine kae: Upravo sam prodrao prokletu ukusnu bakteriju, ali i on zna zanajomiljeniji zalogaj. Odluie se za neprivlaan obrok ili krenuti za neim boljim, uzavisnosti od skoranjeg iskustva. Da li tom prilikom demonstrira slobodnu volju?

Iako nam se ini da moemo da izaberemo ono to radimo, razumevanjemolekularne osnove biologije pokazuje da se bioloki procesi upravljaju pozakonima fizike i hemije. To ih ini jednako predvidljivim kao planetarne putanje.Skoranji eksperimenti podravaju postavku da na fiziki mozak odreuje naeakcije na osnovu poznatih naunih zakona, a ne neka agencija koja postoji van tih

zakona. Na primer, prouavanje pacijenata kojima je u budnom stanju operisanmozak pokazuje da se, stimulacijom odgovarajuih oblasti, kod njega moe stvoritielja da pomeri aku, ruku ili stopalo, ili da pomeri usne i progovori. Teko jepretpostaviti kako slobodna volja moe da funkcionie ako je nae ponaanjeodreeno zakonima fizike. Izgleda da nismo nita drugo do bioloke maine i da jeslobodna volja obina iluzija.

Valja priznati da je ljudsko ponaanje odreeno zakonima prirode, ali jerazumno zakljuiti da je odreeno na tako sloen nain i s toliko nepoznatih, da ga jeu praksi nemogue predvideti. Za tako neto bi valjalo znati poetno stanje svake odhiljada triliona estica u ljudskom telu i reiti odgovarajui broj jednaina. To bi

potrajalo nekoliko milijardi godina, to bi znailo da bismo se malice prekasnosagnuli ako osoba pred nama eli da vas udari.

Korienje osnovnih fizikih zakona za predvianje ljudskog ponaanja je vrlonepraktino, stoga smo usvojili ono to nazivamo delotvornom teorijom. Ona je ufizici okvir koji stvaramo da bismo modelovali odreene pojave bez detaljnogopisivanja svih osnovnih procesa. Na primer, ne moemo reiti jednaine po kojimase upravlja gravitaciona sila svakog atoma neijeg tela sa svakim atomom zemlje.Gravitaciona sila izmeu neke osobe i zemlje, u praktine svrhe, moe biti opisanapomou nekoliko brojeva, kao to je ukupna masa te osobe. Prema tome, ne moemoreiti jednainu koja upravlja ponaanjem sloenih atoma i molekula, ali smo razvilidelotvornu teoriju zvanu hemija da bismo doli do odgovarajueg objanjenja kakose atomi i molekuli ponaaju u hemijskim reakcijama, bez potrebe da uzmemo uobzir svaki detalj meusobnog dejstva. U sluaju ljudi, poto ne moemo da reimo

jednaine koje utvruju nae ponaanje, koristimo delotvornu teoriju da oniposeduju slobodnu volju. Nauka psihologija bavi se prouavanjem nae volje iponaanja koje iz nje proizilazi. Ekonomija je takoe delotvorna teorija, zasnovanana poznavanju slobodne volje i na pretpostavci da ljudi procenjuju mogue


23/124

zdls & meteori

23

alternative i biraju najbolju. Ta delotvorna teorija je samo delimino uspena upredvianju ponaanja, zato to, kao to dobro znamo, esto donosimo nerazumneodluke ili one zasnovane na nedostatnim analizama njihovih posledica. Zbog toga jesvet u ovakvom neredu.

Tree pitanje razmatra da li su zakoni koji odreuju vaseljenu i ljudsko

ponaanje jedinstveni. Ako je va odgovor na prvo pitanje da je Bog stvorio zakone,onda ovo pitanje glasi: da li je Bog mogao slobodno da ih bira? Aristotel i Platon suverovali, kao i Dekart i kasnije Ajntajn, da principi prirode postoje iz nude, toe rei, zato to su to jedina pravila koje imaju logikog smisla. Aristotel i njegovisledbenici su, na osnovu uverenja da zakoni prirode nastaju iz logike, smatrali daovek moe da dokona ove zakone ne obraajui mnogo panju na nain na koji sepriroda ponaa. To uverenje, kao i usmerenje na pitanje zato predmeti sledepravila, umesto na odreivanje samih pravila, navelo ga je na formulaciju uglavnomkvalitativnih zakona, koji su esto bili pogreni i koji u svakom sluaju nisu bilinaroito korisni. Oni su ipak mnogo vekova gospodarili naunim miljenjem. Ljudi

poput Galileja su se tek mnogo kasnije usudili da dovedu u pitanje Aristotelovautoritet. Usredsredili su se na ono to se u prirodi zaista deava, umesto darazmatraju ono to im ist razum govori o tim deavanjima.

Ova knjiga je ukorenjena u ideji naunog determinizma, koja podrazumeva da jeodgovor na drugo pitanje da ne postoje uda, ili izuzeci od zakona prirode.Detaljnije emo se pozabaviti prvim i treim pitanjem, kako zakoni nastaju i da li su

jedini mogui. Veina naunika rei e da su oni matematiki odraz spoljanjestvarnosti koja postoji nezavisno od posmatraa koji je sagledava. Dok razmiljamo onainu na koji posmatramo i oblikujemo ideje o okolini, nailazimo na pitanje: imamoli opravdanih razloga da verujemo u postojanje objektivne stvarnosti?


24/124

zdls & meteori

24


25/124

zdls & meteori

25


26/124

zdls & meteori

26

Tree poglavlje:

ta je stvarnost?

Gradska skuptina grada Monce, u Italiji, pre nekoliko godina zabranila jevlasnicima kunih ljubimaca da dre zlatne ribice u okruglim inijama. Predlagaovog propisa je objasnio da je okrutno drati ribe u posudi zakrivljenih strana, zatoto e ivotinje na taj nain dobiti iskrivljenu sliku stvarnosti. Kako moemo daznamo da imamo istinitu, neiskrivljenu sliku stvarnosti? Moda smo i mi u nekojvelikoj iniji za zlatne ribice? Moda je i na pogled na svet iskrivljen nekimogromnim soivom? Zlatna ribica svakako ima drugaiju sliku stvarnosti od nae, alimoemo li biti sigurni da je manje stvarna?

Pogled zlatne ribice razlikuje se od naeg, ali ona moe da formulie naunezakone koji upravljaju kretanjem predmeta koje opaa izvan inije. Na primer,predmet koji se, kako ga mi vidimo slobodno kree po pravoj liniji, za zlatnu ribicue se, zahvaljujui iskrivljenju, kretati po krivoj liniji. Zlatna ribica, uprkos tome,moe formulisati naune zakone iz svog iskrivljenog referentnog okvira. Oni e bitiuvek tani. Omoguie joj da predvia budue pokrete predmeta izvan inije. Njenizakoni e biti komplikovaniji od onih u naem okviru. Jednostavnost je, ipak, samopitanje ukusa. Ako zlatna ribica formulie takvu teoriju, moraemo da priznamo da

je njen stav ispravna slika stvarnosti.

uveni primer razliite slike stvarnosti je model koji je oko 150. n. e. predstavioPtolemej (oko 85 - oko 165), da bi opisao kretanje nebeskih tela. Ptolemej je objaviosvoj rad u trinaest knjiga, pozna tih po arapskom naslovu, Almagest. Ptolemejev radpoinje objanjenjem razloga za verovanje da je zemlja sferina, nepokretna smetenau sredite vaseljene i zanemarljivo mala u poreenju s nebeskim rastojanjima. Veinaobrazovanih Grka je, uprkos postojanju Aristarhovog heliocentrinog modela, delilaova uverenja jo od Aristotelovog vremena. On je iz mistinih razloga verovao da jeZemlja u sreditu vaseljene. Zemlja, u Ptolemejevom modelu, stoji u sreditu, dok seplanete i zvezde kreu oko nje, po sloenim putanjama unutranjeg kruga, kaotokovi u tokovima.

Ovaj model se inio prirodnim, zato to ljudi ne oseaju da se zemlja ispod njihkree (izuzev pri zemljotresu, ili u posebno strastvenim trenucima). Kasnijaevropska razmiljanja bila su zasnovana na grkim izvorima. Zbog toga suAristotelove i Ptolemej eve ideje postale temelj zapadnog pogleda na svet. Katolikacrkva je usvojila Ptolemejev model kosmosa. etrnaest vekova je vaio za zvaninudoktrinu. Tek je Kopernik 1543. godine predstavio drugaiji model u delu Derevolutionibus orbium coelestium (O kruenju nebeskih tela), objavljenom u godini u kojoj

je umro (iako je na teoriji radio nekoliko decenija).


27/124

zdls & meteori

27

Ptolemejska vaseljena / Ptolomej je mislio da ivimo u sreditu kosmosa

Kopernik je, poput Aristarha, sedamnaestak vekova ranije, opisao svet u komeSunce miruje, a planete orbitiraju oko njega po krunim putanjama. Ideja nije bilanova, ali je njeno oivljavanje nailo na strastveni otpor. Smatralo se da jeKopernikov model u opreci s Biblijom, koja tvrdi da planete krue oko Zemlje, iako


28/124

zdls & meteori

28

u njoj to nigde ne pie. Kopernikov model je izazvao estoku raspravu na temumirovanja Zemlje. Ona je doivela vrhunac suenjem Galileju za jeres 1633. godine.Optuen je zbog zagovaranja Kopernikovog modela i ubeenja da neko sme daiskazuje i brani miljenje suprotno hrianskoj religiji. Proglaen je krivim. Osuen

je na doivotni kuni pritvor i prinuen na javno pokajanje. Pria se da je

promrmljao Eppur si muove (Ipak se kree). Katolika crkva je 1992. godinekonano priznala da je pogreila kad je osudila Galileja.

Pa, koji sistem je pravi, Ptolemejev ili Kopernikov? Iako se esto moe uti da jeKopernik dokazao da Ptolemej nije u pravu, to nije istina. Obe teorije se moguiskoristiti kao model vaseljene, ba kao i u sluaju naeg pogleda na svet, nasuprotonom zlatne ribice. Naa opaanja nebesa mogu biti objanjena pretpostavkom daZemlja ili Sunce miruju. Prava prednost Kopernikovog sistema, uprkos njegovojulozi u filozofskim raspravama o prirodi vaseljene, jeste to su jedinane kretanjamnogo jednostavnije u referentnom okviru u kom Sunce miruje.

Razliita vrsta alternativne stvarnosti opisana je u naunofantastinom filmuMatriks. Ljudska rasa u tom filmu ne sluti da ivi u simuliranoj, virtuelnoj stvarnosti,tvorevini inteligentnih kompjutera. Svrha simulacije je da ljudi budu mirni izadovoljni, dok im kompjuteri isisavaju bioelektrinu energiju (ma ta to bilo). Taideja moda i nije tako neverovatna, poto veliki broj ljudi voli da provodi vreme usimulaciji stvarnosti, veb-sajtu zvanom Drugi ivot. Kako moemo da znamo danismo likovi u kompjuterskoj sapunskoj operi, kao Dim Keri u filmu Trumanovou?. Ako bismo iveli u zamiljenom, vetakom svetu, dogaaji ne bi morali daslede bilo kakvu logiku, niti bi morali da se pokoravaju bilo kakvim zakonima.Tuinci koji nas kontroliu mogli bi, zabave radi, da provere nae reakcije na cepanjepunog meseca nadvoje ili bi nas mogli naterati da svi u isto vreme osetimo nezasitu

glad za okoladnim bananicama. Ako bi se tuinci odluili na dosledni, celovitisistem zakona, ne bismo mogli da razluimo postojanje druge stvarnosti u pozadinisimulirane. Bilo bi jednostavno nazvati svet u kome ive tuinci stvarnim, akompjuterski generisani lanim. Ali, ako bia u simuliranom svetu - kao mi - nemogu da spolja osmotre svoju vaseljenu, ne bi imali razloga da dovode u sumnjusvoju sliku stvarnosti. Ovo je savremena verzija ideje da smo svi mi samo delovineijeg sna.

Takvi primeri navode nas na odreeni zakljuak, veoma vaan za ovu knjigu da:Ne postoji slika ili teorija - nezavisni prikaz stvarnosti. Umesto njega usvojiemorealizam zavisan od modela ideju da je fizika teorija ili slika o svetu model (najeematematike prirode) i skup pravila koja povezuju elemente modela sa zapaanjima.Tako emo dobiti okvir za tumaenje savremene nauke.


29/124

zdls & meteori

29

Filozofi od Platona naovamo neumorno su raspravljali o prirodi stvarnosti.Klasina nauka je zasnovana na verovanju o postojanju stvarnog spoljanjeg svetaije osobine su odreene i nezavisne od posmatraa koji ih opaa. Prema klasinojnauci, izvesni predmeti postoje i poseduju fizika svojstva precizno utvrenihveliina, kao to su brzina i masa. Nae teorije su, prema ovom nainu miljenja,pokuaji opisivanja navedenih predmeta i njihovih osobina. One obuhvataju i


30/124

zdls & meteori

30

odgovarajua merenja i opaanja. Posmatra i ono to se posmatra pripadajuobjektivnom, postojeem svetu i njihovo razlikovanje ne bi imalo nikakvog smisla.Drugim reima, ako vidite mnotvo zebri koje se bore za parking mesto u garai, toznai da stvarno postoji mnotvo zebri koje se bore za parking mesto u garai. Sviposmatrai izmerili bi iste veliine. Zebre bi ih imale bez obzira da li ih neko

posmatra. Filozofija ovo verovanje naziva realizmom.Realizam je, kao to emo videti, primamljiv pogled na svet, ali ga dostignua

moderne fizike ine teko odbranjivim. Na primer, na osnovu naela kvantne fizike,koja je tani opis prirode, estica nema odreeni poloaj, niti odreenu brzinu, svedok posmatra ne izmeri ove veliine. Zbog toga nije tano rei da merenje dajeodreeni rezultat zato to je izmerena veliina imala tu vrednost u trenutku merenja.U nekim sluajevima, pojedini predmeti ne postoje nezavisno ve samo kao deo

brojnije skupine. Ako se teorija zvana holografski princip pokae tanom, mi i naetvorodimenzionalni svet mogli bismo biti samo seni na granici veeg,petodimenzionalnog prostor-vremena. U tom sluaju na bi poloaj u vaseljeni bio

analogan onom zlatne ribice.Zadrti realisti uvek tvrde da je uspenost naunih teorija najvei dokaz njihove

realnosti. Raznovrsne teorije mogu uspeno opisati istu pojavu, pomou razliitihmisaonih okvira. Veliki broj dokazano uspenih naunih teorija zamenjen je drugim,

jednako uspenim teorijama zasnovanim na potpuno novom shvatanju stvarnosti.

Uvreeno je da one koji ne prihvataju realizam nazivamo antirealistima. Onirazlikuju iskustveno i teorijsko znanje. Antirealisti uglavnom zastupaju stavove dasu posmatranja i eksperimenti smisleni, ali da teorije nisu nita drugo do korisniinstrumenti, koji ne otelotvoravaju nikakve dublje istine u osnovi posmatranepojave. Neki antirealisti hteli su da ogranie nauku samo na stvari koje mogu bitiviene. Iz tih razloga je veliki broj naunika u devetnaestom veku odbacivao idejuatoma. Pravdali su se da nikad neemo moi da ih vidimo. Dord Berkli (1685-1753)otiao je tako daleko da ustvrdi da nita ne postoji izuzev uma i njegovih ideja. Kad

je neki prijatelj rekao engleskom piscu i leksikografu dr Samjuelu Donsonu (1709-1784) da Berklijeva tvrdnja ne moe biti opovrgnuta, Donson mu je odgovorio takoto je priao krupnom kamenu. utnuo ga je i rekao: Opovrgavam ga. Bol koji je drDonson osetio u stopalu neosporno je bio ideja u njegovom umu, stoga se ne moetvrditi da je opovrgao Berklijeve ideje. Njegov postupak dobro ilustruje gleditefilozofa Dejvida Hjuma (1711-1776), koji je napisao da iako nemamo racionalneosnove da verujemo u objektivnu stvarnost, nemamo drugog izbora osim da seponaamo kao da je istinita.

Realizam zavisan od modela zaobilazi sve rasprave izmeu realistike iantirealistike kole miljenja. Sa stanovita realizma zavisnog od modela nemasmisla postavljati pitanje da li je model stvaran, ve da li odgovara zapaanjima. Akopostoje dva modela koji se slau sa zapaanjima, kao to je na i model zlatne ribice,niko ne moe rei da je jedan stvarniji od drugog. U odreenoj situaciji mogue jekoristiti model koji se smatra pogodnijim. Na primer, ako je neko unutar inije, slika


31/124

zdls & meteori

31

zlatne ribice bie mu i korisna, ali e oni izvan nje teko objasniti deavanja uudaljenoj galaksiji iz okvira inije, smetene na Zemlji, pogotovo kad znamo da seinija kree na Zemlji koja krui oko Sunca i oko sopstvene ose.

Stvaramo modele u nauci, ali i u svakodnevnom ivotu. Realizam zavisan odmodela ne odnosi se iskljuivo na naune modele, ve i na svesne i nesvesne

mentalne modele koje svi stvaramo da bismo protumaili i shvatili svakodnevnisvet. Ne postoji nain da uklonimo posmatraa - nas - iz naeg poimanja sveta.Stvaramo ga obradom podataka prikupljenih putem ula i nainom na koji mislimo irezonujemo. Naa percepcija, a samim tim i zapaanja na kojima zasnivamo teorije -nije direktna, ve je oblikovana nekom vrstom soiva, interpretativnom strukturom

ljudskog mozga.

Obojica imate neto zajedniko. Doktor Dejvis je otkrio esticu koju niko nijevideo, a profesor Higbi galaksiju koju niko nije video.

Realizam zavistan od modela odgovara nainu na koji opaamo predmete. Dokgledamo, na mozak prima niz podataka preko optikog nerva. Ti signali ne dajusliku kakvu dobijamo na televiziji. Postoji slepa mrlja na mestu gde optiki nervdodiruje mrenjau. Jedini deo naeg vidokruga s dobrom slikom jeste uska oblastod jednog stepena vidnog polja oko sredita mrenjae. Oblast je veliine palca na


32/124

zdls & meteori

32

ispruenoj ruci. Mozak dobija sirove podatke u obliku nejasne slike, s rupom. On, nasvu sreu obraduje ove podatke, kombinuje informacije iz oba oka, ispunjavaupljine na osnovu pretpostavke da su vizuelne osobine susednih taaka sline i vriumetanje. tavie, on ita dvodimenzionalni raspored podataka s mrenjae i stvarautisak trodimenzionalnog prostora. Mozak, drugim reima, stvara mentalnu sliku

modela.Mozak je tako dobar u gradnji modela da ljudi s naoarima koje daju naop aku

sliku, posle izvesnog vremena ne vide naopako, zahvaljujui tome to je mozakpromenio model. Ako skinu te naoari, neko vreme e gledati svet naopako, dok seponovo ne prilagode. Ovo dokazuje da kad ovek kae vidim stolicu, on u stvarikoristi svetlost razvejanu stolicom da bi stvorio mentalnu sliku modela stolice.Nadamo se da e je njegov um ispraviti pre nego to pokua da na nju sedne, ako jemodel okrenut naopako.

Smisao postojanja je jo jedan problem koji realizam zasnovan na modelu reavaili barem izbegava. Kako da znam da sto jo uvek postoji, ako sam izaao iz sobe i ne

mogu da ga vidim? ta znai kad kaemo da stvari koje ne moemo videti, kaoelektroni ili kvarkovi - estice od kojih se sastoji proton i neutron - postoje? Moepostojati model u kom sto nestaje kad napustimo sobu i ponovo zauzima isti poloajkad se u nju vratimo, ali bi on bio vrlo nezgrapan. ta e biti ako se neto desi doksmo napolju, ako padne tavanica? Kako, modelom po kom sto nestaje kad nisam usobi mogu da objasnim injenicu da se sto pojavljuje slomljen, pod krem s tavanice,kad sledei put uem u sobu? Model po kom sto ostaje na svom mestu mnogo je

jednostavniji i usklaeniji s posmatranjima. Vise od toga i ne treba traiti.

U sluaju nama nevidljivih podatomskih estica, elektroni su koristan model kojiobjanjava zapaanja poput tragova u Vilsonovoj komori i taaka svetla natelevizijskom ekranu, kao i mnoge druge pojave. Otkrie elektrona pripisuje se

britanskom fiziaru D. D. Tomsonu iz Kavendiove laboratorije na UniverzitetuKembrid. Eksperimentisao je s elektricitetom u praznim staklenim cevima, spojavom poznatom kao katodni zraci. Eksperimenti su ga uputili na smelizakljuak da se tajanstveni zraci sastoje od siunih delia, materijalnih sastojakaatoma, koji su se tada smatrali nevidljivim temeljnim jedinicama materije. Tompsonnije video elektron, niti je njegovo nagaanje direktno ili nedvosmislenopotvreno eksperimentima. Njegov model se pokazao nezaobilaznim u oblastima odfundamentalnih nauka do ininjerstva. Danas svi fiziari veruju u elektrone, iako ihne mogu videti.

Kvarkovi, koji se takoe ne mogu videti, slue kao model za objanjavanjesvojstava protona i neutrona u nukleusu atoma. Iako se tvrdi da su protoni ineutroni nainjeni od kvarkova, nikad neemo videti kvark, zato to privlana snagaizmeu njih raste u sluaju razdvajanja, zbog ega izolovani, slobodni kvarkovi, nemogu postojati u prirodi. Umesto toga se uvek pojavljuju u grupama od tri (protonai neutrona), ili kvark i antikvark (pi mezoni). Ponaaju se kao da su vezani gumenimtrakama.


33/124

zdls & meteori

33

Pitanje da li ima smisla tvrditi da kvarkovi zaista postoje iako se nikada ne moguizdvojiti bilo je sporno u godinama posle predstavljanja njihovog modela. Ideja da su

Katodni zraci / Ne vidimo pojedinane elektrone, ali vidimo dejstva kojaprouzrokuju.

izvesne estice sainjene od razliite kombinacije nekoliko podatomskih esticaponudila je organizacioni princip koji je dao jednostavna i privlana objanjenjanjihovih svojstava. Ideja da priznaju postojanje estice koja je po svojoj sutinineuoljiva bila je prevelik zalogaj za mnoge fiziare, naviknute da prihvataju esticesamo na osnovu statistikih tragova u podacima vezanim za rasipanje drugih estica.

Opozicijaje s vremenom slabila, zato to je model kvarka proizvodio sve veibroj ispravnih predvianja. Mogue je da bi neka vanzemaljska bia sa sedamnaestruku, infracrvenim vidom i navikom da cede kajmak iz uiju, nainili istaeksperimentalna zapaanja kao i mi i da bi ih objasnila bez kvarkova. Nezavisno od

toga, u skladu s realizmom zavisnim od modela, kvarkovi postoje u teoriji kojiodgovara naim zapaanjima o ponaanju podatomskih estica.

Realizam zavisan od modela nudi okvir za raspravu o pitanjima kao to su: Akoje svet stvoren pre odreenog vremena, ta se dogaalo pre toga? Ranohrianskifilozof Sveti Avgustin (354-430) rekao je da nije odgovor to da Bog alje u pakaoljude koji postavljaju takva pitanja, ve da je vreme svojstvo sveta koji je Bog stvorioi da ono nije postojalo pre Stvaranja, koje se po njegovom verovanju nedavno zbilo.To je jedan od moguih modela kog se dre oni koji misle da su dogaaji u knjizi


34/124

zdls & meteori

34

Postanja doslovce istiniti, iako u svetu ima toliko fosila i drugih dokaza da je onznatno stariji. (Da li su posejani da bi nas zavarali?) Neko moe verovati u drugimodel, po kome

Kvarkovi / Postavka o kvarkovima vitalni je element teorija fundamentalnefizike, iako pojedinani kvarkovi ne mogu biti opaeni.

vreme postoji 13,7 milijardi godina, poevi od velikog praska. Model koji objanjavanajvei deo naih zapaanja, ukljuujui i istorijske i geoloke dokaze, najbolja jepredstava prolosti kojom raspolaemo. Taj model moe da objasni fosile,radioaktivna oitavanja i injenicu da do nas dopire svetlost galaksija udaljenihmilionima svetlosnih godina. Zbog toga je taj model - teorija velikog praska -korisniji od prvog. I pored toga ne moe se rei da je neki od modela stvarniji oddrugog.

Neki ljudi dre do modela po kom vreme see jo dalje u nazad, od velikog

praska. Nije jasno da li bi model u kom vreme nastavlja da postoji i pre velikogpraska bio bolji u objanjavanju sadanjih zapaanja, zato to se zakoni evolucijevaseljene moda slamaju tokom velikog praska. Ako je to sluaj, ne bi imalo smislastvarati teoriju koji obuhvata vreme pre njega, zato to ono to je tada postojalo nemoe da ima merljiv uticaj na sadanjost. Zbog toga bi bilo uputno da ustrajemo naideji da je veliki prasak bio Stvaranje sveta.

Model je dobar ako je:


35/124

zdls & meteori

35

1. elegantan;

2. sadri malo proizvoljnih ili podesivih elemenata;

3. se slae i objanjava sva postojea zapaanja;

4. moe da napravi detaljna predvianja buduih zapaanja koja bi mogla daospore ili obezvrede model ako ga ne potvrde.

Na primer, Aristotelova teorija da je svet sainjen od etiri elementa, zemlje,vazduha, vatre i vode, i da predmeti nastoje da ispune svoju svrhu bila je elegantna inije sadrala podesive elemente. Najee nije proizvodila precizna predvianja, akad jeste, ona se nisu poklapala sa zapaanjima. Jedno od tih predvianja bilo je da

bi teki predmeti trebalo da padaju bre zato to im je svrha da padnu. Nikome preGalileja nije palo na pamet da ovo proveri. Pria se da je on stavio teoriju na probutako to je bacao tegove s krivog tornja u Pizi. To je verovatno romansirana

pripovest, ali znamo da je zakotrljao razliite tegove niz blagu padinu i zapazio dasvi jednako ubrzavaju, to nije odgovaralo Aristotelovom predvianju.

Navedena merila su oigledno subjektivna. Eleganciju, na primer, nije Iakoizmeriti, ali je veoma cenjena meu naunicima, zato to se zakoni prirode smiljajutako da tedljivo obuhvate nekoliko sluajeva jedinstvenom, jednostavnomformulom. Elegancija se odnosi na formu teorije, ali je usko povezana s nedostatkompodesivih elemenata, poto teorija pretrpana besmislenim faktorima nije preteranoelegantna. Parafrazirau Ajntajna koji je rekao da teorija treba da bude to

jednostavnija, ali ne i previse jednostavna. Ptolemej je dodao putanje unutranjegkruga krunim orbitama nebeskih tela da bi njegov model tano prikazao njihovo

kretanje. Model je mogao biti jo taniji da je dodao jo putanja u nutranjeg kruga ijo putanja preko toga. Iako su sloeniji modeli taniji, naunici smatraju modelskrojen po meri specifinih zapaanja nezadovoljavajuim katalogom podataka, a neteorijom od koje se oekuje da sadri neko korisno naelo.

U petom poglavlju videemo da mnogi ljudi smatraju standardni model, kojiopisuje meudejstva elementarnih estica u prirodi, neelegantnim. Taj model jedaleko uspeniji od Ptolemejevih putanja unutranjeg kruga. Predvideo je postojanjenekoliko novih estica pre nego to su opaene i nekoliko decenija veoma preciznoopisivao ishode brojnih eksperimenata. Ali on sadri desetine podesivih parametaraije vrednosti moraju biti fiksirane da bi odgovarale zapaanjima, umesto da budu

odreene teorijom.to se etvrte osobine tie, naunici su uvek impresionirani kad se novo i

zapanjujue predvianje pokae tanim. S druge strane, kad se model pokaenedostatnim, uobiajena reakcija je da se kae kako je eksperiment bio pogrean.Ako se pokae da to nije sluaj, ljudi esto ne naputaju model, ve pokuavaju da gaspasu podeavanjima. Iako su fiziari svakako tvrdoglavi u pokuajima da spasu


36/124

zdls & meteori

36

teorije kojima se dive, sklonosti ka podeavanju modela blede do stepena u komizmene postaju vetake i glomazne, to e rei neelegantne.

Kad podeavanja neophodna za prilagoavanje novim zapaanjima postanuisuvie barokna, tumae se kao znak za pojavu novog modela. Dobar primer starogmodela koji je popustio pod teinom novih zapaanja jeste ideja o statinoj vaseljeni.

Veina fiziara je u treoj deceniji prolog veka, verovala da je vaseljena statina ilinepromenljiva po veliini. Edvin Habl je 1929. godine objavio zapaanja kojapokazuju da se vaseljena iri. Habl nije to direktno zapazio. Posmatrao je svetlo kojealju galaksije. To svetlo je nosilo osobeni potpis, ili spektar, zavistan od sastavagalaksije. On se menjao u poznatom iznosu, ako se galaksija kretala relativno uodnosu na nas. Habl je, prema tome, analizirajui spektar dalekih galaksija, mogao

da utvrdi njihove brzine. Oekivao je da e pronai jednak broj galaksija koje sekreu prema nama i od nas. Umesto toga uoio je da se gotovo sve galaksijeudaljavaju od nas. Njihova brzina je rasla proporcionalno udaljenosti. Zakljuio je da

se vaseljena iri. Njegove kolege su pokuale da zadre stari model. Objanjavale sunjegova zapaanja u kontekstu statine vaseljene. Fiziar s Univerziteta KalifornijaFric Zvicki ustvrdio

Prelamanje / Njutnov model svetlosti moe da objasni zato se svetlost savija kadprolazi iz jednog u drugi medijum, ali ne moe da objasni drugi fenomen koji

zovemo Njutnovi prstenovi.


37/124

zdls & meteori

37

je da svetlost, iz jo nepoznatog razloga, polako gubi energiju dok putuje na velikedaljine. Ocenio je da bi pretpostavljeno smanjenje energije moglo biti uzrok promenespektra svetlosti koje je zabeleio Habl. Mnogi naunici su se, decenijama nakonobjavljivanja Hablovog rada, jo drali teorije o nepromenljivom stanju vaseljene.

Hablov model kosmosa koji se iri prihvaen je zato to se pokazao najprirodnijim.Formulisali smo nekoliko teorija i modela u potrazi za zakonima koji upravljaju

vaseljenom, kao to su teorija etiri elementa, Ptolemejev model, flogistonska teorija,teorija velikog praska i tako dalje. Naa svest o stvarnosti i o osnovnim sastojcimavaseljene menjala se sa svakom teorijom i modelom. Na primer, razmotrimo teorijusvetlosti.

Njutn je mislio da se svetlost sastoji od estica ili telaca. Ova pretpostavkaobjanjava zato svetlost putuje u pravim linijama. On je to koristio da objasni zatose svetlost savija ili prelama kad prolazi iz jednog medijuma u drugi, na primer izvazduha u staklo ili iz vazduha u vodu.

Teorija estica nije mogla da objasni fenomen koji je sam Njutn opazio, poznatkao Njutnovi prstenovi: Stavite soivo na ravni reflektujui tanjir. Osvetlite ga

jednobojnim, natrijumskim svetlom. Kad pogledate odozgo, videete niz svetlih itamnih prstenova, sa sreditem u taki gde soivo dodiruje povrinu. Ovo je tekoobjasniti teorijom o svetlosti kao estici, ali bi se dalo objasniti teorijom talasa.

Prema teoriji talasa, svetli i tamni prstenovi su prouzrokovani pojavom zvanominterferencija. Svetlosni talas se, ba kao i vodeni, sastoji od niza bregova i dolja. Kadse talasi sudare, ako se bregovi i dolje poklope, pojaavaju jedni druge i stvarajusnaniji talas. To je konstruktivna interferencija. U tom sluaju kae se da su talasi u

fazi. Kad se talasi sretnu u drugoj krajnosti, breg jednog talasa moe da se poklopi sdoljom drugog. Talasi se u tom sluaju ponitavaju. Kae se da izlaze iz faze. To jedestruktivna interferencija.

Kod Njutnovih prstenova, svetli prstenovi su smeteni na rastojanju od sredita,gde je razdaljina izmeu soiva i reflektivne povrine ispod njega integral (1,2,3...)

broja talasnih duina. To znai da e se talas reflektovan iz soiva poklopiti s talasomreflektovanim od tanjira i stvoriti konstruktivnu interferenciju. Tamni prstenovi, sdruge strane, smeteni su na rastojanju od sredita gde je razdaljina izmeu dvareflektovana talasa polovina integrala (1/2, 3/2, 5/2...) broja talasnih duina, touzrokuje destruktivnu interferenciju - talas reflektovan sa soiva ponitava talas

reflektovan s tanjira.U devetnaestom veku ovo je shvaeno kao potvrda teorije o talasnoj prirodi

svetlosti i dokaz da je teorija estica pogrena. Ajntajn je poetkom dvadesetog vekapokazao da fotoelektrini efekt korien u televiziji i digitalnim kamerama moe bitiobjanjen esticom ili kvantumom svetlosti koji udara atom i odbacuje elektron. To jeznailo da se svetlost ponaa kao estica i talas.


38/124

zdls & meteori

38

Postavka talasa verovatno se urezala u ljudski um zbog posmatranja okeana ilijezera nakon to bi kamen upao u njega. Verovatno ste videli interferenciju na delu,kao na slici ispod, ako ste ikad bacili dva kamena u jezero. I druge tenosti seponaaju na slian nain, izuzev moda vina, ako ste previe popili. Ideja estica bila

je poznata zbog stenja, ljunka i peska. Ali dualnost talas/estica - ideja da predmet

moe biti opisan kao estica ili talas - strana je svakodnevnom iskustvu, koliko i idejada moete piti komade kamena peara.


39/124

zdls & meteori

39

Interfe

rencija

/Talasiseprilikomsus

reta

ponaaju

kao ljudi, pojaavaju ili umanjuju jedan drugog.


40/124

zdls & meteori

40

Interferencija u jezercetu / Postavka interferencije vidljiva je u svakodnevnomivotu na svim vodama, od bara do okeana.

Dualnosti poput ove - situacije u kojima dve veoma razliite teorije tano opisujuistu pojavu - u skladu su s realizmom zavisnim od modela. Svaka od dve teorija

moe da opie i objasni izvesna svojstva tenosti. Ni za jednu se ne moe rei da jebolja ili stvarnija od druge. Izgleda da se isto moe rei za zakone koji upravljajuvaseljenom: Izgleda da ne postoji jedan matematiki model ili teorija koja bi objasnilasvaki vid vaseljene. Umesto toga, kao to je pomenuto u prvom poglavlju, postojimrea teorija zvana M-teorija. Svaka teorija u mrei M-teorije pogodna je zaopisivanje pojave u odreenom opsegu. Kad god im se opsezi poklapaju, razliiteteorije u mrei se slau, tako da se moe rei da su deo istog modela. Ali nijednateorija unutar mree ne moe da objasni svaki vid vaseljene - sve sile prirode, esticekoje oseaju te sile i okvir prostora i vremena u kom se sve to deava. Ova situacija jeprihvatljiva u okviru realizma zavisnog od modela, iako ne predstavlja ispunjenje

sna tradicionalnog fiziara o velikoj objedinjenoj teoriji.O dualnosti i M-teoriji govoriemo podrobnije u petom poglavlju. Pre toga

okrenuemo se osnovnom naelu na kom poiva savremeno shvatanje prirode,kvantnoj teoriji. Posebnu panju posvetiemo prilazu kvantnoj teoriji nazvanomalternativne istorije. Po toj postavci vaseljena nema jedinstveno postojanje, ili istoriju,ve svaka mogua verzija vaseljene postoji istovremeno u onom to se nazivakvantna superpozicija. Ovo moda zvui neuveno, kao teorija u kojoj sto nestajekad god izaemo iz sobe, ali je poloila sve eksperimentalne ispite kojima jepodvrgnuta.


41/124

zdls & meteori

41


42/124

zdls & meteori

42

etvrto poglavlje:

Alternativne istorije

Tim austrijskih fiziara je 1999. godine ispalio niz molekula u obliku fudbalskelopte ka prepreci. Svaki od pomenutih molekula sastojao se od 60 atoma ugljenika.Zvali su ih Bakove lopte, po zgradi koju je izgradio arhitekta Bakminster Fuler ba utom obliku. Fulerova geodezijska kupola verovatno je najvei predmet u oblikufudbalske lopte na svetu. Bakove lopte su najmanji. Prepreka koju su naunici gaaliimala je dva proreza kroz koje su lopte mogle prolaziti. Fiziari su iza zida postaviliekvivalent paravana, da bi otkrili i prebrojali molekule koji prou kroz prepreku.

Ako bismo hteli da izvedemo analogni eksperiment sa pravim loptama zafudbal, bio bi nam neophodan igra s ne tako preciznim ali postojanim udarcem,sposoban da dugo utira lopte brzinom koju izaberemo. Postavili bismo ovog igraaispred zida s dva proreza. Razapeli bismo mreu, s druge strane zida, paralelno snjim. Najvei broj igraevih udaraca pogodio bi zid. Lopte bi se odbile, ali bi nekeprole kroz jedan ili drugi prorez i zavrile u mrei. Ako bi prorezi bili tek neto veeod lopti, na drugoj strani bismo dobili dve izrazito paralelne struje. Ako bi prorezi

bili neto iri od lopti, svaka struja bila bi neto rasprenija, kao to se vidi na sliciispod.


43/124

zdls & meteori

43

Bakove lopte / Bakove lopte su nalik mikroskopskim loptama za fudbal.Nainjene su od atoma ugljenika.

Ako bismo zatvorili jedan od proreza, struja lopti vise ne bi prolazila kroz njega,ali se to ne bi odrazilo na drugu struju. Ako bismo ponovo otvorili drugi prorez, brojlopti koje stiu do bilo koje take na drugoj strani poveao bi se zato to bismo

raunali sve lopte koje su prolazile kroz ranije otvoreni prorez, uz lopte koje prolazekroz novootvoreni. Drugim reima, ono to opaamo s oba otvorena proreza jestezbir onog to opaamo kad je svaki prorez otvoren pojedinano. To je stvarnost nakoju smo navikli u svakodnevnom ivotu. Austrijski istraivai nisu doli do takvihrezultata kad su ispalili svoje molekule.

Otvaranje drugog proreza u austrijskom eksperimentu svakako je povealo brojmolekula koji su stizali do nekih taaka paravana - ali je smanjilo broj drugih, kao tose vidi na slici ispod. Do nekih taaka lopte nisu stizale kad su oba proreza bilaotvorena, ali su stizale kad je samo jedna bio otvoren. To je bilo veoma neobino.Kako je mogue da otvaranje drugog proreza uzrokuje smanjenje broja molekula koji

stiu do nekih taaka paravana?

Fudbal na dva proreza / Fudbaler utira lopte u proreze u zidu, proizvodeioekivane are.


44/124

zdls & meteori

44

Detaljno prouavanje pomoi e nam da doemo do odgovora. Eksperiment jepokazao da je veliki broj molekularnih fudbalskih lopti udario u taku smetenu napola puta izmeu mesta na kojima bi se oekivalo da udare, da su prole kroz jedanili drugi prorez. Veoma malo molekula stiglo je do prostora malo daljeg od sredita,ali su primeeni neto dalje od njega. Ovaj obrazac nije zbir obrazaca nastalih kad je

samo jedan od proreza bio otvoren. Mogao bi se prepoznati kao karakteristiniraspored interferentnih talasa, na osnovu podataka iznetih u treem poglavlju.Oblasti do kojih molekuli nisu stigli odgovaraju oblastima u kojima talasi emitovaniiz dva proreza stiu izvan faze, proizvodei destruktivne interferencije.

Fudbal s Bakovim loptama / Kad su molekularne fudbalske lopte ispaljene uproreze, dobijeni obrazac na paravanu odraavao je neobine kvantne zakone.

Oblasti do kojih stie puno molekula odgovaraju oblastima do kojih talasi stiu u

fazi, proizvodei konstruktivne interferencije.Svakodnevno iskustvo i intuicija bili su osnov za nastanak teorijskih objanjenja

u prvih dve hiljade godina postojanja naune misli. Unapreenje tehnologije iproirenje opsega posmatranih pojava pomogli su nam da shvatimo da se prirodaponaa na nadne koji su sve vise odudarali od svakodnevnog iskustva i naeintuicije, to se moe videti i u eksperimentu s Bakovim loptama. Ovaj ogled opisujetipinu pojavu koja se ne moe objasniti klasinom naukom, ali moe kvantnom


45/124

zdls & meteori

45

fizikom. Riard Fejnman je napisao da prethodno opisani eksperiment s dva prorezasadri sve misterije kvantne mehanike.

Principi kvantne fizike su razvijeni u prvim decenijama dvadesetog veka, nakonto se shvatilo da je Njutnova teorija nepogodna za opisivanje prirode na atomskomili podatomskim nivoima. Osnovne fizike teorije opisuju sile prirode i reakcije

predmeta na njih. Klasina teorija poput Njutnove izgraena je na temelju kojiodraava svakodnevno iskustvo, u kom materijalni predmeti pojedinano postoje,mogu da budu pronaeni na odreenim mestima, slede odreene putanje i takodalje. Kvantna fizika nudi okvir za razumevanje funkcionisanja prirode u atomskimi podatomskim razmerama. Kao to emo videti neto kasnije, ona zahteva potpunodrugaiji idejni okvir, u kom pozicija, putanja, pa ak i prolost i budunostpredmeta nisu precizno odreeni. Kvantne teorije sila poput gravitacije ilielektromagnetne sile jesu modeli izgraeni u takvom okviru.

Da li teorije izgraene na postulatima do te mere stranim svakodnevnomiskustvu mogu da objasne svakodnevne dogaaje, precizno modelovane na osnovu

klasine fizike? Mogu, zato to smo mi i naa okolina sloene strukture, sastavljeneod nezamislivo velikog broja atoma, od vise atoma no to ima zvezda u oku ispravama dostupnoj vaseljeni. Iako ti atomi slede principe kvantne fizike, mogue jepokazati da e vee grupe koje tvore fudbalske lopte, repu, putnike avione - i nas -uspeti da izbegnu prelamanje kroz proreze. Iako se delii svakodnevnih predmetaponaaju po principima kvantne fizike, Njutnovi zakoni tvore delotvornu teorijukoja veoma precizno opisuje kako se ponaaju sloene strukture koje oblikuju nasvakodnevni ivot.

Ovo moe zvuati neobino, ali nauka poznaje veliki broj sluajeva u kojima sevelike celine ponaaju drugaije od svojih sastavnih delova. Reakcije jednog neuronane mogu nagovestiti reakcije ljudskog mozga, niti znanje o jednom molekulu vodemnogo govori o ponaanju jezera. U sluaju kvantne fizike naunici jo uvek nastojeda dokue kako Njutnovi zakoni proizilaze iz kvantnog domena. Znamo da sesastavni delovi svih predmeta ponaaju u skladu sa zakonima kvantne fizike i da suNjutnovi zakoni valjana procena opisa ponaanja makroskopskih predmetasainjenih od kvantnih delia.

Predvianja Njutnove teorije odgovaraju pogledu na svet koji smo razvili naosnovu sopstvenog iskustva u njemu. Pojedinani atomi i molekuli ponaanju se nakrajnje drugaiji nain od onog koji poznajemo, zahvaljujui svakodnevnom

iskustvu. Kvantna fizika je novi model stvarnosti koji nam daje sliku te vaseljene. Toje slika u kojoj veliki broj ideja, veoma znaajnih za nae intuitivno poimanjestvarnosti, nema smisla.

Opit s dva proreza prvi put su izveli eksperimentalni fiziari u Belovimlaboratorijama 1927. godine, Klinton Dejvison i Lester Germer. Prouavali su kako sezrak sastavljen od predmeta mnogo jednostavnijih od Bakovih lopti - elektrona -ponaa kad je upravljen na kristal nikla. injenica da se estice materije kao to suelektroni ponaaju kao vodeni talasi bio je jedan od zapanjujuih otkria koja su


46/124

zdls & meteori

46

uticala na razvoj kvantne fizike. Poto ovo ponaanje nije primeeno namakroskopskom nivou, naunici su se dugo pitali koliko neto treba da bude veliko isloeno, a da zadri talasna svojstva. Izazvali bi veliku panju ako bi ponovili netoslino s ljudima ili nilskim konjima. Ve smo rekli da se kvantni efekti smanjuju spoveanjem veliine predmeta. Stoga ne verujemo da e ivotinje iz zoolokog vrta

proi, poput talasa, kroz reetke kaveza. Eksperimentalna fizika belei pojavu talasakod sve veih estica. Naunici se nadaju da e jednog dana izvesti eksperiment sprorezima koristei viruse, koji ne samo da su daleko vei od Bakovih lopti, ve ihneki smatraju ivim biima.

Dovoljno je da shvatite samo nekoliko vidova kvantne fizike da biste razumeliono to emo izneti u nastupajuim poglavljima. Dualnost talas/estica jedna je odkljunih postavki. Svi su se iznenadili kad je primeeno da se materijalne esticeponaaju kao talasi. Talasno ponaanje svetlosti ini nam se prirodnim. Ve dvestotine godina prihvaeno je kao injenica. Ako upravite zrak svetlosti na dvaproreza kao u prethodnom eksperimentu, dva talasa e se pojaviti i susresti na

ekranu. Njihovi bregovi i dolje e se u nekim takama poklopiti i nainiti svetlemrlje. Na drugim mestima e se vrh jednog zraka susresti s doljom drugog. Ponitiese i ostaviti tamni prostor. Engleski fiziar Tomas Jang izveo je ovaj eksperimentpoetkom devetnaestog veka. Ubedio je ljude da je svetlost talas, a ne, kako jeverovao Njutn, neto sastavljeno od estica.


47/124

zdls & meteori

47

Jangov eksperiment / Obrazac Bakovih lopti je bio poznat iz talasne teorijesvetlosti.

Iako bi se moglo pomisliti da je Njutn pogreio kad je rekao da svetlost nije talas,imao je pravo kad je rekao da se svetlost moe ponaati kao da je sastavljena od

estica. Zovemo ih fotoni. Svetlost koju viamo u svakodnevnom ivotu je sloena,ba kao to smo i mi sastavljeni od velikog broja atoma. Nainjena je od velikog brojafotona. ak i sijalica od jednog vata emituje milijarde milijardi tih estica svakesekunde. Teko emo primetiti pojedinane fotone. U laboratorijskim uslovimamoemo proizvesti slab zrak svetlosti, od pojedinanih fotona koje moemoraspoznati, ba kao to prepoznajemo pojedinane elektrone ili Bakove lopte. Ustanju smo da ponovimo Jangov eksperiment koristei se dovoljno slabim zrakom dafotoni stiu do prepreke jedan po jedan, u razmaku od nekoliko sekundi. Ako touinimo i saberemo sve zabeleene pojedinane udare u paravan na drugoj straniprepreke, videemo da zajedno grade isti obrazac interferencija koji bi se pojavio da

smo izveli Dejvison-Germerov eksperiment i ispalili elektrone (ili Bakove lopte) naparavan jednog za drugim. Za fiziare je ovo predstavljalo zapanjujue otkrie: akopojedinane estice stupaju u interferenciju same sa sobom, talasna priroda svetlostinije samo svojstvo zraka, ili vee skupine fotona, ve ono pripada pojedinanimesticama.


48/124

zdls & meteori

48

Ako je ovo tano, onda je sve ono to smo smatrali talasom uistinu estica, a sveto smo smatrali esticom uistinu talas.

Naelo neodreenosti je jo jedno od glavnih principa kvantne fizike. Formulisaoga je Verner Hajzenberg 1926. godine. Naelo neodreenosti nam kae da postoje

granice u naoj sposobnosti da istovremeno izmerimo odreene podatke, kao to supozicija i brzina estice. Prema principu neodreenosti, na primer, ako pomnoiteneodreenost poloaja estice i neodreenost ubrzanja estice (masa puta brzina)rezultat nikad ne moe biti manji od odreene nepromenljive veliine zvanePlankova konstanta. Jasno mi je da ovo zvui zbunjujue, ali se moe saoptiti namnogo jednostavniji nain. to preciznije merimo brzinu, manje precizno merimopoloaj i obrnuto. Na primer, ako prepolovite neodreenost poloaja, morate daudvostruite neodreenost brzine. Veoma je vano zapaziti da je Plankova konstantaveoma mala u poreenju sa svakodnevnim jedinicama mere poput metra, kilogramai sekunde. Njena vrednost je, u odnosu na pomenute jedinice mere, negde oko 6/10

.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000. Shodno tome, ako pomeritemakroskopski predmet kao to je fudbalska lopta, mase jedne treine kilograma, za

jedan milimetar u bilo kom pravcu, moemo da izmerimo njenu brzinu spreciznou koja je mnogo vea od milijardu milijardi kilometara na as. To je zatoto, mereno ovim jedinicama, fudbalska lopta ima masu od 1/3, a neodreenostnjenog poloaja je 1/1.000. Ni jedno ni drugo ne moe da se priblii onolikim nulamau Plankovoj konstanti, tako da ne dolazi do neodreenosti brzine. Ali ako je masaelektrona izraena istim jedinicama 0,000000000000000000000000000001, situacija jeznatno drugaija. Ako merite poloaj elektrona preciznou koja grubo odgovaraveliini atoma, princip neodreenosti zahteva da ne moemo da odredimo brzinu

elektrona preciznije od plus/minus hiljadu kilometara u sekundi, to nije naroitoprecizno.

Prema kvantnoj fizici, ishod fizikih procesa ne moe biti predvien sasigurnou, bez obzira na broj prikupljenih informacija i moi kompjuterske opreme,zato to nisu odreeni sa sigurnou. Priroda umesto toga odreuje budue stanjesistema, na osnovu poetnog, procesom koji je u osnovi nesiguran. Drugim reima,priroda ne diktira ishod bilo kog procesa ili eksperimenta, ak ni u najjednostavnijimsituacijama. Ona umesto toga dozvoljava vei broj razliitih mogunosti, od kojihsvaka ima izvesnu ansu da bude ostvarena. To vam je, da parafraziram Ajntajna,kao da Bog baca kocke pre nego to odlui o ishodu svakog fizikog procesa. Ovaideja je muila Ajntajna. Zbog nje je, iako je bio jedan od oeva kvantne fizike,zauzeo kritian stav prema njoj.

Stie se utisak da kvantna fizika podriva ideju da prirodom upravljaju zakoni, alito nije sluaj. Ona nas potie da usvojimo novi oblik determinizma: u odnosu nastanje sistema u nekom trenutku, zakoni prirode odreuju verovatnoe raznovrsnih

budunosti i prolosti umesto da ih precizno odreuju. Iako neki mogu ovo smatrati


49/124

zdls & meteori

49

neukusnim, naunici moraju da prihvate teorije potvrene eksperimentima, a ne onekoje im se dopadaju.

Nauka zahteva da teorija bude proverljiva. Kvantne teorije ne bi mogle bitismatrane ispravnim kada bi probabilistika priroda predvianja kvantne fizikeznaila da se one ne mogu potvrditi. Mogue je testirati kvantne teorije, uprkos

njihovoj probabilistikoj prirodi. Na primer, moemo vise puta ponoviti eksperimenti potvrditi da frekvencije razliitih ishoda potvruju predviene verovatnoe.Razmotrimo eksperiment s Bakovim loptama. Kvantna fizika nam poruuje da nitanikada nije locirano na odreenoj taki zato to bi, u tom sluaju, neodreenostubrzanja morala biti beskrajna. U stvari, na osnovu kvantne fizike, svaka estica imaneku mogunost da bude pronaena bilo gde u vaseljeni. Iako je najvea ansa da edati elektron biti pronaen u okviru aparature s dva proreza, uvek e postojatimogunost da bude pronaen s druge strane zvezde Alfa Kentauri ili u piti u pekariiza oka. Shodno tome, ako utnete kvantnu Bakovu loptu i ako je pustite da leti,nikakva vetina ili znanje vam nee omoguiti da unapred kaete gde e ona tano

pasti. Ako mnogo puta ponovite taj eksperiment, prikupljeni podaci odraavaeverovatnou pronalaenja lopte na raznim mestima. Eksperimentatori e potvrditida se rezultati opita slau s teorijskim predvianjima.

Vano je razumeti da verovatnoe u kvantnoj fizici nisu nalik verovatnoama uNjutnovoj fizici ili u svakodnevnom ivotu. Razumeemo o emu se radi akouporedimo obrasce nastale ispaljivanjem postojane struje Bakovih lopti na paravan, sobrascem rupica koje su izbuili igrai pikadoa, ciljajui sredite mete. Ako igrainisu popili previe piva, strelice e imati najvie ansi da pogode oblast oko sreditamete. anse e se smanjivati srazmerno udaljenosti od sredita. Ba kao i kodBakovih lopti, svaka strelica moe da padne bilo gde. S vremenom e se izdvojiti

obrazac koji ukazuje na verovatnou. Tvrdnja da postoji izvesna mogunost da estrelica pasti na razna mesta bila bi valjan odraz ove situacije iz svakodnevnogivota. To bi se moglo rei, za razliku od sluaja s Bakovim loptama, samo zbognepotpunog znanja o uslovima bacanja. Mogli bismo poboljati opis ako bismo znalitaan nain na koji igra baca strelicu, njen ugao, ubrzanje, efe i tako dalje. U naelu

bismo, nakon toga, mogli da predvidimo gde e strelica pasti, sa eljenompreciznou. Upotreba probabilistikih izraza pri opisivanju ishoda dogaaja izsvakodnevnog ivota prema tome nije odraz sutinske prirode procesa ve samonepoznavanja odreenih vidova.

U kvantnoj teoriji operiemo s drugaijim verovatnoama. Kvantni modelprirode obuhvata principe protivrene ne samo naem svakodnevnom iskustvu ve iintuitivnom shvatanju stvarnosti. Svi kojima je teko da poveruju u ove principe iliih smatraju otkaenim u dobrom su drutvu velikih fiziara Ajntajna, pa ak iFejnmana, iji opis kvantne teorije emo uskoro predstaviti. Ovaj poslednji je jednomnapisao: Mislim da mirne due mogu rei da niko ivi ne razume kvantnumehaniku. Kvantna fizika se, uprkos tome, slae sa zapaanjima. Nije pala ni na

jednom ispitu, iako je testirana ee od bilo koje druge naune teorije.


50/124

zdls & meteori

50

Ameriki fiziar Riard Fejnman je etrdesetih godina dvadesetog veka ostvariozapanjujui uvid u razliku izmeu kvantnog i njutnovskog sveta. Fejnman sezanimao za pitanje nastanka interferentnog obrasca u eksperimentu s dva proreza.Prisetimo se da obrazac koji se javlja kad ispalimo molekule kroz oba proreza nijezbir obrazaca koji se javljaju kad dva puta ponovimo eksperiment, s jednim ili

drugim otvorenim prorezom. Umesto toga, kad su oba proreza otvorena, dobijamoniz svetlih i tamnih pruga, od kojih su ove druge oblasti u koje estice ne udaraju. Toznai da estice koje bi udarile u oblast tamne pruge, da je recimo samo levi prorezotvoren, ne udaraju u njih kad je desni prorez takoe otvoren. Cini se da esticedobijaju informacije o oba proreza, negde na putu od izvora do paravana. Takavoblik ponaanja je izrazito drugaiji od onog s kojim se susreemo u svakodnevnomivotu, u kom lopta sledi putanju kroz jedan od otvora, a da situacija s drugimotvorom ni na koji nain ne utie na nju.

Putanje estica / Fejnmanova formulacija kvantne teorije slikovito pokazuje zatoestice kao Bakove lopte i elektroni obrazuju obrasce interferencije kad se ispale kroz

proreze na ekran.

Prema Njutnovoj fizici - na nain na koji bi se eksperiment odvijao da smokoristili fudbalske lopte umesto molekula - svaka estica bi sledila pojedinanu


51/124


52/124

zdls & meteori

52

Fejnmanove ideje u eksperimentu s dva proreza znae da estice koriste putanjekoje idu samo kroz levi prorez i samo kroz desni; putanje koje prolaze kroz leviprorez, vraaju se i prolaze kroz desni i ponovo kroz levi; putanje koje svraaju ukafanu u kojoj se slue sjajni raii s karijem, a zatim par puta obiu oko Jupitera prenego to krenu kui, pa ak i putanje koje se proteu preko vaseljene i natrag. Ovo,

po Fejnmanovom miljenju, objanjava kako estice dobijaju informacije o tome kojije prorez otvoren. Ako je otvoren, one prolaze kroz njega. Kada su oba prorezaotvorena, putanje po kojima estica putuje kroz jedan od njih moe da utie naputanju kojom prolazi kroz drugi, izazivajui interferenciju. Moda zvui blesavo,ali je za svrhu najveeg dela osnovne fizike kakvu danas znamo i ove knjige,Fejnmanova formulacija dokazano korisnija od originalne.

Putanje od A do B / Klasina putanja izmeu dve take je prava linija. Faze iliputanje koje su bliske klasinoj tee da pojaaju jedna drugu, dok faze putanja dalje

od njih tee ponitavanju.

Fejnmanovo shvatanje kvantne stvarnosti je od kljune vanosti za razumevanjeteorija koje emo uskoro predstaviti, stoga je opravdano odvojiti neko vreme da

bismo se upoznali s njenim funkcionisanjem. Zamislimo jednostavan proces u komestica poinje na nekom mestu A, od kog se slobodno kree. U Njutnovom modeluta e estica slediti pravu liniju. Kad proe tano izmereno vreme, pronai emo je


53/124

zdls & meteori

53

na precizno odreenom mestu B, du linije. U Fejnmanovom modelu kvantna esticaprelazi svaku putanju izmeu mesta A i B. Za svaku putanju dobija broj nazvan faza.Ta faza predstavlja poloaj u ciklusu talasa. Govori nam da li je talas na bregu, doljiili nekom mestu izmeu njih. Fejnmanov matematiki recept za izraunavanje fazepokazuje da kad saberete talase sa svih staza, dobijate tanu verovatnou da estica

koja je krenula s mesta A, doi do mesta B.Faza kojom svaka pojedinana putanja doprinosi Fejnmanovom zbiru (i shodno

tome verovatnoa da e stii od A do B) moe biti predstavljena strelom koja jeodreene duine, ali moe da pokazuje u bilo kom pravcu. Da bi se sabrale dve faze,postavite strelu koja predstavlja jednu fazu na kraj strele koja predstavlja drugu.Tako ete dobiti novu strelu koja predstavlja njihov zbir. Nastavite proces, ako eliteda dodate jo faza. Zapaziete da strela koja izraava krajnji zbir moe biti veomadugaka. Ako pokazuju u razliitim pravcima, ponitavaju se prilikom sabiranja, toznai da na kraju neete imati bogzna kakvu strelu. Proces je prikazan na slici ispod.

Dodajete faze ili strele, vezane za svaku putanju koja povezuje A i B, da bi se

upotrebio Fejnmanov recept za izraunavanje verovatnoe da e estica koja je polas mesta A zavriti na mestu B. Postoji beskonaan broj putanja, to malo komplikujeizraunavanje, ali se ono moe izvesti. Neke putanje su prikazane na slici ispod.

Fejnmanova teorija daje naroito jasnu sliku kako Njutnov pogled na svet moeproistei iz kvantne fizike, koja se ini tako razliitom. Prema Fejnmanovoj teoriji,faze povezane sa svakom putanjom zavise od Plankove konstante. Teorija nalae da,poto je Plankova konstanta tako mala, kad dodate doprinos bliskih putanja

stiven hoking - velika zamisao

Documents