2021-08-09 22:04:16
Χρήστος Κεφαλής*
Ο νομπελίστας φυσικός Στίβεν Γουάινμπεργκ έφυγε από τη ζωή. Η αξία του ως επιστήμονα και στοχαστή βρίσκεται στην απαράμιλλη σοβαρότητα, την ακρίβεια και την ακεραιότητα με τις οποίες στεκόταν απέναντι σε όλα τα προβλήματα του πεδίου του.
Στις 23 Ιούλη 2021 έφυγε πλήρης ημερών ο Στίβεν Γουάινμπεργκ, ένας από τους κορυφαίους σύγχρονους φυσικούς, με το όνομα του οποίου συνδέθηκαν μερικές από τις μεγαλύτερες προόδους των φυσικών επιστημών στον 20ό αιώνα.
Γεννημένος το 1933 στη Νέα Υόρκη, ο Γουάινμπεργκ σπούδασε θεωρητική φυσική στο Κόρνελ, έκανε τη διπλωματική του εργασία στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στην Κοπεγχάγη και πήρε το διδακτορικό του στο Πρίνστον. Στη συνέχεια εργάστηκε στα Πανεπιστήμια του Χάρβαρντ, ΜΙΤ, Μπέρκλεϊ και από το 1982 μετακινήθηκε στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Οστιν.
Η έρευνα του Γουάινμπεργκ επεκτάθηκε σε πολλούς τομείς της μικροφυσικής, όπως η κβαντική θεωρία πεδίου, η ρήξη συμμετρίας, η κβαντική βαρύτητα κοκ
. Η κύρια συμβολή του υπήρξε, ωστόσο, η ενοποίηση της ασθενούς και της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης μέσω της ιδέας της αυθόρμητης ρήξης συμμετρίας. Γι’ αυτή τη θεμελιώδη εργασία (1967), που άνοιξε νέους δρόμους στη σύγχρονη Φυσική, τιμήθηκε, από κοινού με τους Αμπντούς Σαλάμ και Σέλντον Γκλάσοου, με Νόμπελ Φυσικής το 1979.
Αργότερα, η ηλεκτρασθενής ενοποίηση ακολουθήθηκε από τις μεγάλες ενοποιημένες θεωρίες (ΜΕΘ), που περιλαμβάνουν και την ισχυρή δύναμη, οδηγώντας έτσι στην ανάπτυξη του καθιερωμένου προτύπου.
Η κβαντική επανάσταση
Τι είναι αυτό όμως που κάνει τη συμβολή του Γουάινμπεργκ τόσο ξεχωριστή, και μάλιστα όχι μόνο από την άποψη της επιστημονικής προόδου αλλά και της κοσμοεικόνας που οικοδομούν οι φυσικές επιστήμες; Εδώ θα χρειαστεί να αναφερθούμε επιγραμματικά στις καινοτομίες που εισήγαγε η κβαντική επανάσταση από τη δεκαετία του 1920.
Οι εισηγητές της κβαντικής θεωρίας, οι Χάιζενμπεργκ και Μπορ, βαθαίνοντας το ρήγμα που άνοιξε στην παλιά, κλασική φυσική η σχετικότητα του Αϊνστάιν, καθιέρωσαν σημαντικές έννοιες όπως ο κυματοσωματιδιακός δυϊσμός και η συμπληρωματικότητα, με τις οποίες αναγνωρίστηκε και εκφράστηκε η αντιφατικότητα των κβαντικών σωματιδίων. Σε αντίθεση με την κλασική φυσική, τη φυσική του μακρόκοσμου, όπου ίσχυε η φόρμουλα «ή-ή», έγινε δεκτό ότι όλες οι οντότητες του μικρόκοσμου παρουσιάζουν ταυτόχρονα σωματιδιακές και κυματικές ιδιότητες. Η αρχή της απροσδιοριστίας και η κβάντωση ήταν επίσης συστατικά στοιχεία των νέων αντιλήψεων. Αργότερα οι Ντιράκ και Φάινμαν επέκτειναν την κβάντωση στις αλληλεπιδράσεις των μικροσωματιδίων, αντιμετωπιζόμενες ως ανταλλαγές δυνάμει φωτονίων από τον Φάινμαν, εξάγοντας συνέπειες όπως η ύπαρξη των αντισωματιδίων. Τα τελευταία ερμηνεύθηκαν ως σωματίδια αρνητικής ενέργειας από τον Ντιράκ και ως σωματίδια που κινούνται πίσω στον χρόνο από τον Φάινμαν, εισάγοντας έτσι την αντιφατικότητα στις έννοιες της ενέργειας και του χρόνου. Προεκτείνοντας την ίδια μεθοδολογία στις αλληλεπιδράσεις του πυρήνα, ο Γκελ-Μαν αποκάλυψε τον εξωτικό εσωτερικό κόσμο των δομικών συστατικών του (πρωτόνιο, νετρόνιο), εξωτερική έκφραση του οποίου είναι οι δυνάμεις που συγκροτούν τα άτομα.
Οι συναρπαστικές αυτές θεωρίες παρουσίασαν τον κβαντικό κόσμο στην τωρινή του μορφή. Ωστόσο, με την άνοδο της θεωρίας της μεγάλης έκρηξης, έγινε φανερό ότι το Σύμπαν περνά από ιστορικά στάδια στα οποία υφίσταται ποιοτικούς μετασχηματισμούς, σε μια κατεύθυνση που οδηγεί από μια «απλή», αδιαφοροποίητη κατάσταση αρχικής ενότητας των φυσικών δυνάμεων και οντοτήτων προς αυξανόμενη αντίθεση, διαφοροποίηση και πολυπλοκότητα. Αυτό εισήγαγε το μεγαλειώδες πρόγραμμα της ενοποίησης των θεμελιωδών φυσικών δυνάμεων, της κατάδειξης δηλαδή του τρόπου που αυτές οι δυνάμεις (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, ισχυρή και ασθενής πυρηνική δύναμη), όντας τόσο ριζικά διαφορετικές στις τωρινές συνθήκες του Σύμπαντος, εξισώνονται στις ακραίες συνθήκες της μεγάλης έκρηξης, αλλά και της διερεύνησης του πώς αυτή η αρχική ενότητα καταστρέφεται αναγκαία στα επόμενα στάδια της συμπαντικής εξέλιξης.
Στην απάντηση του τελευταίου ακριβώς ερωτήματος, μέσα από την κατάδειξη του μηχανισμού της ρήξης συμμετρίας ανάμεσα στον ηλεκτρομαγνητισμό και την ασθενή δύναμη βρίσκεται η καθοριστική συμβολή του Γουάινμπεργκ, που τον καθιστά έναν μεγάλο ανακαινιστή της επιστήμης.
Ρήξη συμμετρίας και διαλεκτική
Ο Γουάινμπεργκ ξεκίνησε την έρευνά του πάνω στην ασθενή δύναμη στη δεκαετία του 1960 έχοντας στόχο να παράσχει μια θεωρία της ασθενούς δύναμης, με τον τρόπο που ο Φάινμαν είχε παράσχει την πληρέστερη θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού και ο Γκελ-Μαν της ισχυρής δύναμης. Ωστόσο, αυτό που προέκυψε δεν ήταν μια θεωρία της ασθενούς δύναμης αλλά μια θεωρία που περιγράφει ταυτόχρονα την ασθενή δύναμη και τον ηλεκτρομαγνητισμό:
«Η εν λόγω θεωρία δεν ήταν απλώς μια θεωρία για τις ασθενείς αλληλεπιδράσεις, βασισμένη σε μια αναλογία με τις ηλεκτρομαγνητικές· ήταν μια ενοποιημένη θεωρία των ασθενών και των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων, που φαίνονταν να είναι απλώς οι δύο διαφορετικές όψεις αυτού που ακολούθως ονομάστηκε ηλεκτρασθενής δύναμη. Το φωτόνιο, το θεμελιώδες σωματίδιο του οποίου η εκπομπή και η απορρόφηση προκαλούν τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, εντασσόταν σε μια οικογένεια από ισχυρά αλληλοδιαπλεκόμενα φωτονικά σωματίδια που προέβλεπε η θεωρία»1.
Η φαινομενικά ανυπέρβλητη δυσκολία εδώ αφορούσε το γεγονός ότι ενώ το φωτόνιο δεν έχει μάζα, τα σωματίδια W και Z που μεταφέρουν την ασθενή δύναμη, είναι εξαιρετικά μαζικά. Κλειδί για το ξεπέρασμά της αποτέλεσε ακριβώς η ιδέα της αυθόρμητης ρήξης της συμμετρίας. Τα σωματίδια W και Z σε θερμοκρασία πάνω από 1.015 οΚ είναι και αυτά χωρίς μάζα, ώστε οι δύο δυνάμεις να ταυτίζονται σε μια ηλεκτρασθενή δύναμη. Ωστόσο, στους 1.015 οΚ η συμμετρία που προκαλεί αυτή την ιδιότητά τους σπάει, τα W και Z αποκτούν μάζα και η ασθενής δύναμη αποχωρίζεται από τον ηλεκτρομαγνητισμό. Για να συμβεί αυτό, παρεμβαίνει ένα νέο πεδίο, το πεδίο Χιγκς, η ανακάλυψη του φορέα του οποίου, του σωματιδίου Χιγκς, στο CERN το 2012, υπήρξε κορυφαίο ορόσημο στην ιστορία της θεωρητικής Φυσικής. Η αυθόρμητη ρήξη της συμμετρίας αποδεικνύεται έτσι ότι είναι ο μηχανισμός της διαφοροποίησης της ύλης.
Το ότι η αναζήτηση μιας θεωρίας της ασθενούς δύναμης οδήγησε σε μια θεωρία που ενοποιεί τις δύο δυνάμεις, ασθενή και ηλεκτρομαγνητισμό, συνδέεται πρόδηλα με το γεγονός ότι η ασθενής δύναμη επιδρά σε όλα τα είδη των σωματιδίων, ενώ η ισχυρή και ο ηλεκτρομαγνητισμός μόνο σε ορισμένα. Βέβαια, το είδος της δράσης της είναι αντίστροφο εκείνης των άλλων δυνάμεων. Η βαρύτητα, ο ηλεκτρισμός και η ισχυρή δύναμη οργανώνουν την ύλη, παράγοντας «δεσμευμένες καταστάσεις», όπου η ενέργεια του συστήματος είναι πιο χαμηλή από την ενέργεια των μερών του, με συνέπεια η διάλυσή του στα συστατικά του να απαιτεί ενέργεια. Η ασθενής δύναμη, αντίθετα, δεν παράγει τέτοιες καταστάσεις λειτουργώντας (λόγω και της από μέρους της παραβίασης της συμμετρίας αριστερής-δεξιάς χειρός) αποσυνθετικά: εξαιτίας της πολλά μαζικά σωματίδια διασπώνται αν δοθεί επαρκής χρόνος, καθιστώντας δυνατούς τους μετασχηματισμούς της ύλης όπως η παραγωγή δευτερίου και λιθίου από το υδρογόνο.
Η ασθενής δύναμη είναι έτσι ο φορέας της αστάθειας των υλικών οντοτήτων και η καθολικότητα της δράσης της καθιστά ακριβώς δυνατή την ενοποίησή της με τις άλλες δυνάμεις. Αυτό οδηγεί σε μια γενίκευση της απροσδιοριστίας, η οποία, ενώ στην κλασική κβαντομηχανική αφορούσε συζυγείς ιδιότητες όπως η θέση και η ορμή, επεκτείνεται τώρα στις ταυτότητες των σωματιδίων. Οπως αναφέρει ο Γουάινμπεργκ:
«Η συμμετρία που υπόκειται της ηλεκτρασθενούς θεωρίας… σχετίζεται… κυρίως με αλλαγές στην άποψή μας για την ταυτότητα των διαφορετικών τύπων στοιχειωδών σωματιδίων… Οπως ακριβώς είναι δυνατό να έχουμε ένα σωματίδιο σε μια κβαντομηχανική κατάσταση κατά την οποία να μη βρίσκεται συγκεκριμένα ούτε εδώ ούτε εκεί, ή να μην περιστρέφεται, σαφώς, δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα, έτσι επίσης, λόγω των θαυμαστών χαρακτηριστικών της κβαντικής μηχανικής, είναι δυνατό να έχουμε ένα σωματίδιο σε μια κατάσταση κατά την οποία να μην μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι είναι ηλεκτρόνιο ή νετρίνο, ώσπου να μετρήσουμε κάποια ιδιότητα, όπως το ηλεκτρικό φορτίο, για να διακρίνουμε αυτά τα δύο… Μπορούμε να φανταστούμε ότι κάθε σωματίδιο έχει ένα μικρό καντράν, έναν πίνακα ενδείξεων, του οποίου ο δείκτης μπορεί να στρέφεται στο “ηλεκτρόνιο”, το “νετρίνο”, το “φωτόνιο”, το “W” ή και σε ό,τι ενδιάμεσο»2.
Τέλος, ένα κρίσιμο σημείο σχετικά με τη ρήξη της συμμετρίας αφορά το ότι αυτή δεν είναι απόλυτη: μετά το σπάσιμό της η συμμετρία δεν καταστρέφεται αλλά μάλλον «κρύβεται», παραμένοντας τρόπον τινά σε ισχύ, αν και χωρίς να επιβεβαιώνεται άμεσα στην κατάσταση των σωματιδίων που περιγράφει:
«Η ηλεκτρασθενής θεωρία… βασίζεται σε μια ακριβή αρχή συμμετρίας, σύμφωνα με την οποία οι νόμοι της φύσης μένουν αμετάβλητοι, εάν στις εξισώσεις της θεωρίας αντικαταστήσουμε τα πεδία του ηλεκτρονίου και του νετρίνου με μεικτά πεδία… Η συμμετρία που συσχετίζει το ηλεκτρόνιο με το νετρίνο κοκ., είναι μια ιδιότητα των υποκείμενων εξισώσεων του καθιερωμένου μοντέλου, εξισώσεων που υπαγορεύουν τις ιδιότητες των στοιχειωδών σωματιδίων. Ωστόσο, οι λύσεις αυτών των εξισώσεων –οι ιδιότητες των ίδιων των σωματιδίων– δεν ικανοποιούν την εν λόγω συμμετρία… Σε τέτοιες περιπτώσεις λέμε ότι η συμμετρία είναι “σπασμένη”, αν και ένας καλύτερος όρος θα ήταν “κρυμμένη”, διότι η συμμετρία των εξισώσεων παραμένει... Ονομάζουμε αυτό το φαινόμενο αυθόρμητη ρήξη συμμετρίας επειδή τίποτε δεν “σπάει” τη συμμετρία των εξισώσεων της θεωρίας, αλλά η ρήξη εμφανίζεται αυθόρμητα στις διάφορες λύσεις της»3.
Είναι προφανής ο διαλεκτικός χαρακτήρας της αρχής της ρήξης της συμμετρίας, που η πρώτη κομβική εφαρμογή της στη θεωρητική Φυσική δόθηκε από τον Γουάινμπεργκ. Σε αυτήν αποτυπώνονται στοιχεία της διαλεκτικής, όπως η υπεροχή της αντίθεσης και της ασυνέχειας απέναντι στην ενότητα, η καθολικότητα της αλλαγής και των μετασχηματισμών της ύλης, αλλά και ο τύπος των μετασχηματισμών, οι αλματικές μεταβάσεις φάσης προς αυξανόμενα διαφοροποιημένα στάδια του είναι, τις οποίες πυροδοτεί το σπάσιμο της συμμετρίας. Από αυτή την άποψη παραπέμπει στη θεμελιώδη ηρακλείτεια αρχή του χωρισμού του ενιαίου στα αντιθετικά του μέρη, την οποία υπογράμμισε αργότερα ο Λένιν ως ουσία της διαλεκτικής4, αποτελώντας, τρόπον τινά, μια επιστημονική αποκρυστάλλωσή της.
Σταθερός στις αξίες του
Οπως οι περισσότεροι μεγάλοι φυσικοί επιστήμονες του 20ού και 21ου αιώνα –από τους Χόκινγκ, Φάινμαν, Γκελ-Μαν, Λίντε, Τούροκ και Στάινχαρντ ως τους Κρικ, Μάιρ και Ντόκινς–, ο Γουάινμπεργκ ήταν ένας μαχόμενος υλιστής και αθεϊστής. Ως ταλαντούχος εκλαϊκευτής, σε βιβλία, άρθρα και διαλέξεις του, παρουσίασε γλαφυρά το περιεχόμενο των νέων επιστημονικών θεωριών, υπερασπίζοντας την αυθεντία της επιστήμης απέναντι στις αξιώσεις της θρησκείας για μια υπερφυσική αλήθεια και στιγματίζοντας τον θρησκευτικό σκοταδισμό και τον φανατισμό ως πηγή κινδύνων για το ανθρώπινο μέλλον. Στο κύριο εκλαϊκευτικό έργο του «Ονειρα για μια Τελική Θεωρία» σημειώνει:
«Δεν βρίσκω καμιά χρησιμότητα στο να ταυτίσω τους νόμους της φύσης με κάποιο είδος απόμακρου και αδιάφορου Θεού, όπως έκανε ο Αϊνστάιν. Οσο πιο πολύ εκλεπτύνουμε την κατανόηση της έννοιας του Θεού, ώστε να την καταστήσουμε εύλογη, τόσο μας φαίνεται άσκοπη… Πραγματικά βλαβερή είναι η συντηρητική δογματική θρησκεία… Στην Ασία και στην Αφρική οι σκοτεινές θρησκευτικές ενθουσιαστικές δυνάμεις έχουν συγκεντρώσει αρκετή ισχύ, με αποτέλεσμα η λογική και η ανεκτικότητα να μην είναι ασφαλείς ούτε και στα εκκοσμικευμένα κράτη της Δύσης… Ισως χρειαστεί να βασιστούμε και πάλι στην επίδραση της επιστήμης, ώστε να διατηρήσουμε τον κόσμο σώφρονα»5.
Αυτές οι θέσεις του Γουάινμπεργκ δεν ήταν προϊόν αυθαίρετης υποκειμενικής προτίμησης αλλά το άμεσο εξαγόμενο των νέων επιστημονικών θεωριών, στη διαμόρφωση των οποίων συνεισέφερε καθοριστικά ο ίδιος. Πραγματικά, η ίδια η αυθόρμητη ρήξη της συμμετρίας υπονοεί ισχυρά την αυθυπαρξία και αυτοεξέλιξη της φύσης, όπου όλες οι αλλαγές και οι ποιοτικοί μετασχηματισμοί συντελούνται αυθόρμητα, χωρίς καμιά εξωτερική παρέμβαση. Αυτό καταρρίπτει το επιχείρημα των θρησκειών για την αναγκαιότητα μιας εξωτερικής προς τη φύση ύπαρξης, του Θεού, που εισάγει την τάξη και τους νόμους.
Ο Γουάινμπεργκ ήταν εξίσου κριτικός απέναντι στους εκλεκτικιστές φιλελεύθερους, τυπικά τη διανοητική ελίτ του Δημοκρατικού Κόμματος στις ΗΠΑ, που επιχειρούν να συμβιβάσουν την επιστημονική και τη θρησκευτική αντίληψη επικαλούμενοι την «πρακτική χρησιμότητα» της τελευταίας. Ελεγε χαρακτηριστικά ότι, ενώ οι θρησκευόμενοι σφάλλουν, οι φιλελεύθεροι δεν σφάλλουν καν. Ταυτόχρονα, υπεράσπισε τη γνωστική αξία της επιστήμης απέναντι σε ιδεαλιστές και αγνωστικιστές φιλοσόφους, όπως οι Κουν, Φεγεράμπεντ κ.ά., ανασκευάζοντας τη μεταφυσική αντιπαράθεση των επιστημονικών «παραδειγμάτων» από τον πρώτο και την περιφρόνηση της θεωρίας της γνώσης από τον δεύτερο6.
Οι ανακαλύψεις του Γουάινμπεργκ τον κάνουν έναν προπομπό των νέων θεωριών –θεωρίες χορδών και βρόχων, Θεωρία Μ– που αναπτύχθηκαν στα τέλη του 20ού και τις αρχές του 21ου αιώνα. Πραγματικά, η ρήξη συμμετρίας βρίσκεται στη βάση των σύνθετων προβλημάτων που ανακινούν σχετικά με τον χωροχρόνο (οι έξι επιπλέον τυλιγμένες χωροχρονικές διαστάσεις στη θεωρία χορδών) και την ύλη (η επαγόμενη επίσης από το σπάσιμο των συμμετριών ύπαρξη της σκοτεινής ύλης και ενέργειας).
Κυρίως όμως η αξία του Γουάινμπεργκ ως επιστήμονα και στοχαστή βρίσκεται στην απαράμιλλη σοβαρότητα, την ακρίβεια και την ακεραιότητα με την οποία στεκόταν απέναντι σε όλα τα προβλήματα του πεδίου του. Αυτές οι ποιότητές του αποτελούν διαρκείς παρακαταθήκες όχι μόνο για την επιστήμη αλλά και για τις τεράστιες προκλήσεις που αντιμετωπίζει σήμερα η ανθρωπότητα.
*Συγγραφέας, χημικός, μέλος της Σ.Ε. της «Μαρξιστικής Σκέψης»
Σημειώσεις
1. Στ. Γουάινμπεργκ, Ονειρα για μια Τελική Θεωρία, εκδ. Κάτοπτρο, Αθήνα 1995, σελ. 132-133.
2. Ο.π., σελ. 159, 160 κ.ε.
3. Ο.π., σελ. 209 κ.ε.
4. Βλέπε Λένιν, Απαντα, εκδ. Σύγχρονη Εποχή, τόμ. 29, σελ. 316.
5. Στ. Γουάινμπεργκ, ό.π., σελ. 274, 276-277.
6. Βλέπε π.χ. στο ίδιο, σελ. 205 και «Ο Στίβεν Γουάινμπεργκ για τις επιστημονικές επαναστάσεις»
https://www.efsyn.gr/nisides/305617_anakainistis-tis-fysikis-ylistis-kai-mahomenos-atheistis
Ο νομπελίστας φυσικός Στίβεν Γουάινμπεργκ έφυγε από τη ζωή. Η αξία του ως επιστήμονα και στοχαστή βρίσκεται στην απαράμιλλη σοβαρότητα, την ακρίβεια και την ακεραιότητα με τις οποίες στεκόταν απέναντι σε όλα τα προβλήματα του πεδίου του.
Στις 23 Ιούλη 2021 έφυγε πλήρης ημερών ο Στίβεν Γουάινμπεργκ, ένας από τους κορυφαίους σύγχρονους φυσικούς, με το όνομα του οποίου συνδέθηκαν μερικές από τις μεγαλύτερες προόδους των φυσικών επιστημών στον 20ό αιώνα.
Γεννημένος το 1933 στη Νέα Υόρκη, ο Γουάινμπεργκ σπούδασε θεωρητική φυσική στο Κόρνελ, έκανε τη διπλωματική του εργασία στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στην Κοπεγχάγη και πήρε το διδακτορικό του στο Πρίνστον. Στη συνέχεια εργάστηκε στα Πανεπιστήμια του Χάρβαρντ, ΜΙΤ, Μπέρκλεϊ και από το 1982 μετακινήθηκε στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Οστιν.
Η έρευνα του Γουάινμπεργκ επεκτάθηκε σε πολλούς τομείς της μικροφυσικής, όπως η κβαντική θεωρία πεδίου, η ρήξη συμμετρίας, η κβαντική βαρύτητα κοκ
Αργότερα, η ηλεκτρασθενής ενοποίηση ακολουθήθηκε από τις μεγάλες ενοποιημένες θεωρίες (ΜΕΘ), που περιλαμβάνουν και την ισχυρή δύναμη, οδηγώντας έτσι στην ανάπτυξη του καθιερωμένου προτύπου.
Η κβαντική επανάσταση
Τι είναι αυτό όμως που κάνει τη συμβολή του Γουάινμπεργκ τόσο ξεχωριστή, και μάλιστα όχι μόνο από την άποψη της επιστημονικής προόδου αλλά και της κοσμοεικόνας που οικοδομούν οι φυσικές επιστήμες; Εδώ θα χρειαστεί να αναφερθούμε επιγραμματικά στις καινοτομίες που εισήγαγε η κβαντική επανάσταση από τη δεκαετία του 1920.
Οι εισηγητές της κβαντικής θεωρίας, οι Χάιζενμπεργκ και Μπορ, βαθαίνοντας το ρήγμα που άνοιξε στην παλιά, κλασική φυσική η σχετικότητα του Αϊνστάιν, καθιέρωσαν σημαντικές έννοιες όπως ο κυματοσωματιδιακός δυϊσμός και η συμπληρωματικότητα, με τις οποίες αναγνωρίστηκε και εκφράστηκε η αντιφατικότητα των κβαντικών σωματιδίων. Σε αντίθεση με την κλασική φυσική, τη φυσική του μακρόκοσμου, όπου ίσχυε η φόρμουλα «ή-ή», έγινε δεκτό ότι όλες οι οντότητες του μικρόκοσμου παρουσιάζουν ταυτόχρονα σωματιδιακές και κυματικές ιδιότητες. Η αρχή της απροσδιοριστίας και η κβάντωση ήταν επίσης συστατικά στοιχεία των νέων αντιλήψεων. Αργότερα οι Ντιράκ και Φάινμαν επέκτειναν την κβάντωση στις αλληλεπιδράσεις των μικροσωματιδίων, αντιμετωπιζόμενες ως ανταλλαγές δυνάμει φωτονίων από τον Φάινμαν, εξάγοντας συνέπειες όπως η ύπαρξη των αντισωματιδίων. Τα τελευταία ερμηνεύθηκαν ως σωματίδια αρνητικής ενέργειας από τον Ντιράκ και ως σωματίδια που κινούνται πίσω στον χρόνο από τον Φάινμαν, εισάγοντας έτσι την αντιφατικότητα στις έννοιες της ενέργειας και του χρόνου. Προεκτείνοντας την ίδια μεθοδολογία στις αλληλεπιδράσεις του πυρήνα, ο Γκελ-Μαν αποκάλυψε τον εξωτικό εσωτερικό κόσμο των δομικών συστατικών του (πρωτόνιο, νετρόνιο), εξωτερική έκφραση του οποίου είναι οι δυνάμεις που συγκροτούν τα άτομα.
Οι συναρπαστικές αυτές θεωρίες παρουσίασαν τον κβαντικό κόσμο στην τωρινή του μορφή. Ωστόσο, με την άνοδο της θεωρίας της μεγάλης έκρηξης, έγινε φανερό ότι το Σύμπαν περνά από ιστορικά στάδια στα οποία υφίσταται ποιοτικούς μετασχηματισμούς, σε μια κατεύθυνση που οδηγεί από μια «απλή», αδιαφοροποίητη κατάσταση αρχικής ενότητας των φυσικών δυνάμεων και οντοτήτων προς αυξανόμενη αντίθεση, διαφοροποίηση και πολυπλοκότητα. Αυτό εισήγαγε το μεγαλειώδες πρόγραμμα της ενοποίησης των θεμελιωδών φυσικών δυνάμεων, της κατάδειξης δηλαδή του τρόπου που αυτές οι δυνάμεις (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, ισχυρή και ασθενής πυρηνική δύναμη), όντας τόσο ριζικά διαφορετικές στις τωρινές συνθήκες του Σύμπαντος, εξισώνονται στις ακραίες συνθήκες της μεγάλης έκρηξης, αλλά και της διερεύνησης του πώς αυτή η αρχική ενότητα καταστρέφεται αναγκαία στα επόμενα στάδια της συμπαντικής εξέλιξης.
Στην απάντηση του τελευταίου ακριβώς ερωτήματος, μέσα από την κατάδειξη του μηχανισμού της ρήξης συμμετρίας ανάμεσα στον ηλεκτρομαγνητισμό και την ασθενή δύναμη βρίσκεται η καθοριστική συμβολή του Γουάινμπεργκ, που τον καθιστά έναν μεγάλο ανακαινιστή της επιστήμης.
Ρήξη συμμετρίας και διαλεκτική
Ο Γουάινμπεργκ ξεκίνησε την έρευνά του πάνω στην ασθενή δύναμη στη δεκαετία του 1960 έχοντας στόχο να παράσχει μια θεωρία της ασθενούς δύναμης, με τον τρόπο που ο Φάινμαν είχε παράσχει την πληρέστερη θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού και ο Γκελ-Μαν της ισχυρής δύναμης. Ωστόσο, αυτό που προέκυψε δεν ήταν μια θεωρία της ασθενούς δύναμης αλλά μια θεωρία που περιγράφει ταυτόχρονα την ασθενή δύναμη και τον ηλεκτρομαγνητισμό:
«Η εν λόγω θεωρία δεν ήταν απλώς μια θεωρία για τις ασθενείς αλληλεπιδράσεις, βασισμένη σε μια αναλογία με τις ηλεκτρομαγνητικές· ήταν μια ενοποιημένη θεωρία των ασθενών και των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων, που φαίνονταν να είναι απλώς οι δύο διαφορετικές όψεις αυτού που ακολούθως ονομάστηκε ηλεκτρασθενής δύναμη. Το φωτόνιο, το θεμελιώδες σωματίδιο του οποίου η εκπομπή και η απορρόφηση προκαλούν τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, εντασσόταν σε μια οικογένεια από ισχυρά αλληλοδιαπλεκόμενα φωτονικά σωματίδια που προέβλεπε η θεωρία»1.
Η φαινομενικά ανυπέρβλητη δυσκολία εδώ αφορούσε το γεγονός ότι ενώ το φωτόνιο δεν έχει μάζα, τα σωματίδια W και Z που μεταφέρουν την ασθενή δύναμη, είναι εξαιρετικά μαζικά. Κλειδί για το ξεπέρασμά της αποτέλεσε ακριβώς η ιδέα της αυθόρμητης ρήξης της συμμετρίας. Τα σωματίδια W και Z σε θερμοκρασία πάνω από 1.015 οΚ είναι και αυτά χωρίς μάζα, ώστε οι δύο δυνάμεις να ταυτίζονται σε μια ηλεκτρασθενή δύναμη. Ωστόσο, στους 1.015 οΚ η συμμετρία που προκαλεί αυτή την ιδιότητά τους σπάει, τα W και Z αποκτούν μάζα και η ασθενής δύναμη αποχωρίζεται από τον ηλεκτρομαγνητισμό. Για να συμβεί αυτό, παρεμβαίνει ένα νέο πεδίο, το πεδίο Χιγκς, η ανακάλυψη του φορέα του οποίου, του σωματιδίου Χιγκς, στο CERN το 2012, υπήρξε κορυφαίο ορόσημο στην ιστορία της θεωρητικής Φυσικής. Η αυθόρμητη ρήξη της συμμετρίας αποδεικνύεται έτσι ότι είναι ο μηχανισμός της διαφοροποίησης της ύλης.
Το ότι η αναζήτηση μιας θεωρίας της ασθενούς δύναμης οδήγησε σε μια θεωρία που ενοποιεί τις δύο δυνάμεις, ασθενή και ηλεκτρομαγνητισμό, συνδέεται πρόδηλα με το γεγονός ότι η ασθενής δύναμη επιδρά σε όλα τα είδη των σωματιδίων, ενώ η ισχυρή και ο ηλεκτρομαγνητισμός μόνο σε ορισμένα. Βέβαια, το είδος της δράσης της είναι αντίστροφο εκείνης των άλλων δυνάμεων. Η βαρύτητα, ο ηλεκτρισμός και η ισχυρή δύναμη οργανώνουν την ύλη, παράγοντας «δεσμευμένες καταστάσεις», όπου η ενέργεια του συστήματος είναι πιο χαμηλή από την ενέργεια των μερών του, με συνέπεια η διάλυσή του στα συστατικά του να απαιτεί ενέργεια. Η ασθενής δύναμη, αντίθετα, δεν παράγει τέτοιες καταστάσεις λειτουργώντας (λόγω και της από μέρους της παραβίασης της συμμετρίας αριστερής-δεξιάς χειρός) αποσυνθετικά: εξαιτίας της πολλά μαζικά σωματίδια διασπώνται αν δοθεί επαρκής χρόνος, καθιστώντας δυνατούς τους μετασχηματισμούς της ύλης όπως η παραγωγή δευτερίου και λιθίου από το υδρογόνο.
Η ασθενής δύναμη είναι έτσι ο φορέας της αστάθειας των υλικών οντοτήτων και η καθολικότητα της δράσης της καθιστά ακριβώς δυνατή την ενοποίησή της με τις άλλες δυνάμεις. Αυτό οδηγεί σε μια γενίκευση της απροσδιοριστίας, η οποία, ενώ στην κλασική κβαντομηχανική αφορούσε συζυγείς ιδιότητες όπως η θέση και η ορμή, επεκτείνεται τώρα στις ταυτότητες των σωματιδίων. Οπως αναφέρει ο Γουάινμπεργκ:
«Η συμμετρία που υπόκειται της ηλεκτρασθενούς θεωρίας… σχετίζεται… κυρίως με αλλαγές στην άποψή μας για την ταυτότητα των διαφορετικών τύπων στοιχειωδών σωματιδίων… Οπως ακριβώς είναι δυνατό να έχουμε ένα σωματίδιο σε μια κβαντομηχανική κατάσταση κατά την οποία να μη βρίσκεται συγκεκριμένα ούτε εδώ ούτε εκεί, ή να μην περιστρέφεται, σαφώς, δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα, έτσι επίσης, λόγω των θαυμαστών χαρακτηριστικών της κβαντικής μηχανικής, είναι δυνατό να έχουμε ένα σωματίδιο σε μια κατάσταση κατά την οποία να μην μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι είναι ηλεκτρόνιο ή νετρίνο, ώσπου να μετρήσουμε κάποια ιδιότητα, όπως το ηλεκτρικό φορτίο, για να διακρίνουμε αυτά τα δύο… Μπορούμε να φανταστούμε ότι κάθε σωματίδιο έχει ένα μικρό καντράν, έναν πίνακα ενδείξεων, του οποίου ο δείκτης μπορεί να στρέφεται στο “ηλεκτρόνιο”, το “νετρίνο”, το “φωτόνιο”, το “W” ή και σε ό,τι ενδιάμεσο»2.
Τέλος, ένα κρίσιμο σημείο σχετικά με τη ρήξη της συμμετρίας αφορά το ότι αυτή δεν είναι απόλυτη: μετά το σπάσιμό της η συμμετρία δεν καταστρέφεται αλλά μάλλον «κρύβεται», παραμένοντας τρόπον τινά σε ισχύ, αν και χωρίς να επιβεβαιώνεται άμεσα στην κατάσταση των σωματιδίων που περιγράφει:
«Η ηλεκτρασθενής θεωρία… βασίζεται σε μια ακριβή αρχή συμμετρίας, σύμφωνα με την οποία οι νόμοι της φύσης μένουν αμετάβλητοι, εάν στις εξισώσεις της θεωρίας αντικαταστήσουμε τα πεδία του ηλεκτρονίου και του νετρίνου με μεικτά πεδία… Η συμμετρία που συσχετίζει το ηλεκτρόνιο με το νετρίνο κοκ., είναι μια ιδιότητα των υποκείμενων εξισώσεων του καθιερωμένου μοντέλου, εξισώσεων που υπαγορεύουν τις ιδιότητες των στοιχειωδών σωματιδίων. Ωστόσο, οι λύσεις αυτών των εξισώσεων –οι ιδιότητες των ίδιων των σωματιδίων– δεν ικανοποιούν την εν λόγω συμμετρία… Σε τέτοιες περιπτώσεις λέμε ότι η συμμετρία είναι “σπασμένη”, αν και ένας καλύτερος όρος θα ήταν “κρυμμένη”, διότι η συμμετρία των εξισώσεων παραμένει... Ονομάζουμε αυτό το φαινόμενο αυθόρμητη ρήξη συμμετρίας επειδή τίποτε δεν “σπάει” τη συμμετρία των εξισώσεων της θεωρίας, αλλά η ρήξη εμφανίζεται αυθόρμητα στις διάφορες λύσεις της»3.
Είναι προφανής ο διαλεκτικός χαρακτήρας της αρχής της ρήξης της συμμετρίας, που η πρώτη κομβική εφαρμογή της στη θεωρητική Φυσική δόθηκε από τον Γουάινμπεργκ. Σε αυτήν αποτυπώνονται στοιχεία της διαλεκτικής, όπως η υπεροχή της αντίθεσης και της ασυνέχειας απέναντι στην ενότητα, η καθολικότητα της αλλαγής και των μετασχηματισμών της ύλης, αλλά και ο τύπος των μετασχηματισμών, οι αλματικές μεταβάσεις φάσης προς αυξανόμενα διαφοροποιημένα στάδια του είναι, τις οποίες πυροδοτεί το σπάσιμο της συμμετρίας. Από αυτή την άποψη παραπέμπει στη θεμελιώδη ηρακλείτεια αρχή του χωρισμού του ενιαίου στα αντιθετικά του μέρη, την οποία υπογράμμισε αργότερα ο Λένιν ως ουσία της διαλεκτικής4, αποτελώντας, τρόπον τινά, μια επιστημονική αποκρυστάλλωσή της.
Σταθερός στις αξίες του
Οπως οι περισσότεροι μεγάλοι φυσικοί επιστήμονες του 20ού και 21ου αιώνα –από τους Χόκινγκ, Φάινμαν, Γκελ-Μαν, Λίντε, Τούροκ και Στάινχαρντ ως τους Κρικ, Μάιρ και Ντόκινς–, ο Γουάινμπεργκ ήταν ένας μαχόμενος υλιστής και αθεϊστής. Ως ταλαντούχος εκλαϊκευτής, σε βιβλία, άρθρα και διαλέξεις του, παρουσίασε γλαφυρά το περιεχόμενο των νέων επιστημονικών θεωριών, υπερασπίζοντας την αυθεντία της επιστήμης απέναντι στις αξιώσεις της θρησκείας για μια υπερφυσική αλήθεια και στιγματίζοντας τον θρησκευτικό σκοταδισμό και τον φανατισμό ως πηγή κινδύνων για το ανθρώπινο μέλλον. Στο κύριο εκλαϊκευτικό έργο του «Ονειρα για μια Τελική Θεωρία» σημειώνει:
«Δεν βρίσκω καμιά χρησιμότητα στο να ταυτίσω τους νόμους της φύσης με κάποιο είδος απόμακρου και αδιάφορου Θεού, όπως έκανε ο Αϊνστάιν. Οσο πιο πολύ εκλεπτύνουμε την κατανόηση της έννοιας του Θεού, ώστε να την καταστήσουμε εύλογη, τόσο μας φαίνεται άσκοπη… Πραγματικά βλαβερή είναι η συντηρητική δογματική θρησκεία… Στην Ασία και στην Αφρική οι σκοτεινές θρησκευτικές ενθουσιαστικές δυνάμεις έχουν συγκεντρώσει αρκετή ισχύ, με αποτέλεσμα η λογική και η ανεκτικότητα να μην είναι ασφαλείς ούτε και στα εκκοσμικευμένα κράτη της Δύσης… Ισως χρειαστεί να βασιστούμε και πάλι στην επίδραση της επιστήμης, ώστε να διατηρήσουμε τον κόσμο σώφρονα»5.
Αυτές οι θέσεις του Γουάινμπεργκ δεν ήταν προϊόν αυθαίρετης υποκειμενικής προτίμησης αλλά το άμεσο εξαγόμενο των νέων επιστημονικών θεωριών, στη διαμόρφωση των οποίων συνεισέφερε καθοριστικά ο ίδιος. Πραγματικά, η ίδια η αυθόρμητη ρήξη της συμμετρίας υπονοεί ισχυρά την αυθυπαρξία και αυτοεξέλιξη της φύσης, όπου όλες οι αλλαγές και οι ποιοτικοί μετασχηματισμοί συντελούνται αυθόρμητα, χωρίς καμιά εξωτερική παρέμβαση. Αυτό καταρρίπτει το επιχείρημα των θρησκειών για την αναγκαιότητα μιας εξωτερικής προς τη φύση ύπαρξης, του Θεού, που εισάγει την τάξη και τους νόμους.
Ο Γουάινμπεργκ ήταν εξίσου κριτικός απέναντι στους εκλεκτικιστές φιλελεύθερους, τυπικά τη διανοητική ελίτ του Δημοκρατικού Κόμματος στις ΗΠΑ, που επιχειρούν να συμβιβάσουν την επιστημονική και τη θρησκευτική αντίληψη επικαλούμενοι την «πρακτική χρησιμότητα» της τελευταίας. Ελεγε χαρακτηριστικά ότι, ενώ οι θρησκευόμενοι σφάλλουν, οι φιλελεύθεροι δεν σφάλλουν καν. Ταυτόχρονα, υπεράσπισε τη γνωστική αξία της επιστήμης απέναντι σε ιδεαλιστές και αγνωστικιστές φιλοσόφους, όπως οι Κουν, Φεγεράμπεντ κ.ά., ανασκευάζοντας τη μεταφυσική αντιπαράθεση των επιστημονικών «παραδειγμάτων» από τον πρώτο και την περιφρόνηση της θεωρίας της γνώσης από τον δεύτερο6.
Οι ανακαλύψεις του Γουάινμπεργκ τον κάνουν έναν προπομπό των νέων θεωριών –θεωρίες χορδών και βρόχων, Θεωρία Μ– που αναπτύχθηκαν στα τέλη του 20ού και τις αρχές του 21ου αιώνα. Πραγματικά, η ρήξη συμμετρίας βρίσκεται στη βάση των σύνθετων προβλημάτων που ανακινούν σχετικά με τον χωροχρόνο (οι έξι επιπλέον τυλιγμένες χωροχρονικές διαστάσεις στη θεωρία χορδών) και την ύλη (η επαγόμενη επίσης από το σπάσιμο των συμμετριών ύπαρξη της σκοτεινής ύλης και ενέργειας).
Κυρίως όμως η αξία του Γουάινμπεργκ ως επιστήμονα και στοχαστή βρίσκεται στην απαράμιλλη σοβαρότητα, την ακρίβεια και την ακεραιότητα με την οποία στεκόταν απέναντι σε όλα τα προβλήματα του πεδίου του. Αυτές οι ποιότητές του αποτελούν διαρκείς παρακαταθήκες όχι μόνο για την επιστήμη αλλά και για τις τεράστιες προκλήσεις που αντιμετωπίζει σήμερα η ανθρωπότητα.
*Συγγραφέας, χημικός, μέλος της Σ.Ε. της «Μαρξιστικής Σκέψης»
Σημειώσεις
1. Στ. Γουάινμπεργκ, Ονειρα για μια Τελική Θεωρία, εκδ. Κάτοπτρο, Αθήνα 1995, σελ. 132-133.
2. Ο.π., σελ. 159, 160 κ.ε.
3. Ο.π., σελ. 209 κ.ε.
4. Βλέπε Λένιν, Απαντα, εκδ. Σύγχρονη Εποχή, τόμ. 29, σελ. 316.
5. Στ. Γουάινμπεργκ, ό.π., σελ. 274, 276-277.
6. Βλέπε π.χ. στο ίδιο, σελ. 205 και «Ο Στίβεν Γουάινμπεργκ για τις επιστημονικές επαναστάσεις»
https://www.efsyn.gr/nisides/305617_anakainistis-tis-fysikis-ylistis-kai-mahomenos-atheistis
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
