PODSTAWY. Dziesięć kluczy do rzeczywistości
Nabywając kolejną 1) książkę Franka Wilczka wydaną 2) w 2021 roku w Polsce, nie sądziłem, że laureat Nagrody Nobla z 2004 roku będzie tegorocznym (2022) laureatem Nagrody Templetona 3).
Ten amerykański fizyk teoretyczny 4) jest doktorem honoris causa UMCS w Lublinie i UJ w Krakowie (2012) oraz należy do zagranicznych członków PAU. Jego pochodzenie polsko-włoskie, podobnie jak wielu Polaków naukowców i uczonych nie zaskakuje. Wielokrotnie odwiedzał Polskę i trzeba przyznać jest niezrównanym popularyzatorem nauki – potrzebnym. Jego ostatnia książka mogłaby się śmiało być wydana pod tytułem – „Ze swobodą asymptotyczną do ciemnej materii”, jednak intryguje tytułem posiadania kluczy do rzeczywistości i to stanowiąc podstawy – odważnie!
To jego osiągnięcia przesuwające granice badania nad podstawowymi prawami natury zmieniły nasze rozumienie sił rządzących wszechświatem. Warto po tę lekturę sięgnąć, zwłaszcza jeśli ktoś tkwi w starożytnych żywiołach (to nic złego), a chciałby nieco zagłębić się we współczesne żywioły. Autor ze swobodą przybliża nam najnowsze osiągnięcia nauki związane z grawitacją, elektromagnetyzmem, oddziaływaniami silnymi i słabymi.
Pisze Autor (s.134): Równania elektrodynamiki i chromodynamiki kwantowej, ogólnej teorii względności, a także równania opisujące oddziaływania słabe – po sformułowaniu ich w kontekście teorii kwantowej – umożliwiły wynalezienie wielu przydatnych urządzeń, takich jak lasery, tranzystory, reaktory jądrowe, skanery do badań metodą rezonansu magnetycznego i odbiorniki systemu GPS. (…s.135) Prawa opisujące te cztery oddziaływania, po uwzględnieniu ich wszystkich razem, tworzą strukturę, którą czasami nazywa się „Modelem Standardowym” lub (jak ja wolę ją nazywać) „Rdzeniem”. Współdziałają razem niczym naoliwiona maszyna. Mamy uzasadnione podstawy, by Rdzeń – czyli podstawowe prawa opisujące elektrodynamikę i chromodynamikę, grawitację oraz oddziaływania słabe – stanowiły fundament dla praktycznych zastosowań fizyki i że będzie pełnił taką podstawową funkcję w dającej się przewidzieć przyszłości.
Zapewne zorientowali się Czytelnicy, że oddziaływania silne, to w swej pełnej kwantowej postaci przekształcają się w chromodynamikę kwantową. Oddziaływania słabe decydują o przebiegu procesów związanych z przemianą cząstek. Oddziaływania elektromagnetyczne i silne mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia materii istniejącej na Ziemi. Fale grawitacyjne (od czasu ich potwierdzenia) są podobne do fal elektromagnetycznych, choć ich źródłem są poruszające się masy, a nie poruszające się ładunki elektryczne. Mimo ich podobieństwa jakościowego istnieją duże różnice ilościowe między falami elektromagnetycznymi i grawitacyjnymi.
Książka jest przy okazji znakomitym uzupełnieniem lub przypomnieniem sobie pochodzenia cząstek konstrukcyjnych materii. Jest ich zaledwie pięć, to: elektrony, fotony, kwarki górne i dolne oraz gluony. Pamiętamy, że jądro składa się z protonów i neutronów, które mają masę większą około 2000 razy od masy elektronu. Dodatkowo dowiemy się dlaczego i jakim przypadkiem jest, że elektron ma ładunek ujemny. Fotony są elektrycznie obojętne – tzn. mają zerowy ładunek elektryczny – natomiast ich odpowiedniki w oddziaływaniu silnym, czyli gluony, nie mają zerowego ładunku kolorowego. Gluony są podatne na wpływ oddziaływania silnego w takim samym stopniu jak kwarki (F. Wilczek twierdzi, że nawet większym).
Protony i neutrony nie są cząstkami elementarnymi. Dwa rodzaje cząstek przypominających elektrony – zwane kwarkami górnymi (u z ang. up) i dolnymi (d z ang. down) – łączą się za sprawą przypominających fotony cząstek, które nazywamy gluonami (od ang. to glue – sklejać).
Ćwierć tysiąca stron pozwoli nam dotrzeć do asymptotycznej swobody, ciemnej materii, neutrin, wuonów, zetonów, cząstki Higgsa, mionów i taonów, komplementarności oraz ciekawej historii aksjonów – kwantów czystości.
Przystępny język, unikanie matematycznych wzorów (kilka przeszło w tekście, ale z nadzieją nietracenia przez to czytelników), pasjonująca opowieść o współczesnej fizyce ze znakomitym wyczuciem ominięć i koniecznych uproszczeń.
Polecam!!!
Bogumił Dudek
1) Poprzednie m.in. polskie wydania: W poszukiwaniu harmonii, maj 2007; Lekkość bytu, masa, eter i unifikacja sił, 2011.
2) Wilczek F., Podstawy. Dziesięć kluczy do rzeczywistości, wyd. Prószyński i S-ka, Warszawa 2021, s. 256.
3) Ustanowiona w 1972 roku Nagroda Templetona jest jedną z największych na świecie corocznych nagród indywidualnych (obecnie wyceniana na 1,3 miliona USD). Otrzymali ją m.in.: Marcelo Gleiser (2019), Martin Rees (2011), John Barrow (2006), Charles H. Townes (2005), George Ellis (2004), Freeman Dyson (2000) i Paul Davies (1995). Jedynym Polakiem laureatem tej nagrody był prof. Michał Haller (2008).
4) Osiągnięcia F. Wilczka w fizyce to m.in. ustalenie teoretycznego opisu jednej z czterech fundamentalnych sił w przyrodzie oraz zaproponowanie wiodącego wyjaśnienia ciemnej materii; stawiają go w pierwszym szeregu światowych naukowców.
Zobacz: 9/2022 Energetyki.
