Česlovas Šimkevičius. Fizika realiame gyvenime arba kodėl naktį tamsu?

Tada laidos vedėjas triumfuojančiu balsu pasakė: „O dabar paklausykime teisingą atsakymą. Štai ką rašo devintos klasės mokinys Kolia Ivanovas (pavardės ir vardo tiksliai nebeprisimenu – Č. Š.). Jei visatoje yra be galo daug žvaigždžių, tai į bet kurią dangaus vietą bedę pirštu, atsiremtume į žvaigždę. Todėl visas dangus turėtų švytėti kaip Saulės paviršius. Šį paradoksą žinojo dar senovės graikai, bet jį išsprendė tik Albertas Einšteinas savo bendrojoje reliatyvumo teorijoje, kur įrodoma, kad jei visata plečiasi, galaktikos tolsta viena nuo kitos, todėl tolimų žvaigždžių šviesos spektras pasislenka į ilgesnių bangų pusę ir galiausiai labai tolimų žvaigždžių spinduliuojama šviesa paprasta akimi tampa nebematoma. Todėl naktį yra tamsu.“ Žinovai buvo pažeminti, jiems teko patirti, kad ne visada daugelį įprastų dalykų galima paprastai paaiškinti.

Šį pavyzdį prisiminiau neatsitiktinai. Pastaruoju metu padidėjo susidomėjimas fizika, nes liepos 4 dieną Ženevoje buvo paskelbta, jog atrasta nauja dalelė, kuri pagal preliminarius duomenis gali būti ilgai ieškotu Higso bozonu. Šie tyrimai buvo atliekami Didžiajame hadronų koloideryje, kurį sukūrė Ženevoje įsikūrusi Europos branduolinių mokslinių tyrimų organizacija (CERN). Žinoma, tai didelis ir svarbus fizikų pasiekimas ir jeigu pasitvirtins, kad tai iš tikrųjų yra ilgai ieškotas bozonas, tada vadinamasis „standartinis modelis – SM“, kuris aprašo elementarias daleles kaip tam tikrą sistemą, įgaus rimtą eksperimentinį patvirtinimą. Žinant eksperimentiškai išmatuotą Higso bozono masę (125 gigaelektronvoltai – apie 125 kartus daugiau už protono masę), bus galima patikslinti ir kitus SM parametrus, nes teoriškai jų apskaičiuoti neįmanoma.

Tačiau mane nustebino kitkas. Pirmas dalykas – tai mokslininkų nesugebėjimas populiariai plačiajai visuomenei paaiškinti, o kas gi yra tas Higso bozonas. Peržiūrėjus daugelį lietuviškų straipsnių apie atradimą, beveik negalima suvokti, o kas gi yra atrasta.

Manau, kad geriausią paaiškinimą pateikė akademikas V. Matvejevas. Jis aiškina maždaug taip. Paimkite putplastį ir sutrupinkite jį ant stalo. Gauname daug mažų putų rutuliukų – elementariųjų dalelių analogų, kurie yra labai lengvi. Jei mes papūsime į juos, tai jie lengvai išsilakstys. Dabar papilkime ant stalo vandens ir vėl patrupinkime virš jo putplastį. Jei dabar mes vėl papūstume į vandenį, tai pamatytume, kad rutuliukai pasidarė vangūs, lėti. Jei mes nematytume vandens, tai galėtume sakyti, kad dalelės pasunkėjo, pasidarė nejudrios dėl to, kad joms tenka nugalėti vandens pasipriešinimą. Tai štai vanduo mūsų atveju atstoja vakuuminį Higso lauką, o maži raibuliukai vandens paviršiuje (bangelės), atsiradusios mums papūtus į vandenį, yra Higso bozonas.

Antras dalykas – tai žurnalistų ir kitų visuomenės narių (ne mokslininkų) nesupratimas, kam reikalingi fundamentiniai tyrimai. Vienas žurnalistas per spaudos konferenciją Ženevoje primygtinai klausinėjo mokslininkų, o kokią praktinę naudą duos atradimas. Atrodytų, į šį klausimą jau buvo šimtą ar tūkstantį kartų atsakyta, bet jis kas kartą iškyla. Gerai žinoma, ką atsakė M. Faradėjus (Michael Faraday) į smalsuolių klausimus, kokią tai gali turėti praktinę naudą, kai jis viešai demonstruodavo elektromagnetinės indukcijos reiškinį. Kilmingai damai jis atsakė: „Madam, o kokia nauda yra iš ką tik gimusio kūdikio? Vieni nuostoliai.“ Tuo tarpu finansų ministrui jis pažadėjo: „Sere, manau, kad po keliolikos metų Jūs iš to galėsite imti neblogus mokesčius.“

Žinoma, Faradėjus buvo teisus. Visa šiuolaikinio pasaulio ekonomika yra pagrįsta elektros energija, kuri gaminama turbinomis, o vartoja daugiausiai varikliai, staklės, kitos pavaros. Visi šie įrenginiai veikimas pagrįstas Faradėjaus atrastais dėsniais. Faradėjus buvo geras eksperimentatorius, bet nekoks teoretikas, todėl tik po kelių dešimtmečių škotas Dž. Maksvelas (James Clerk Maxwell) apibendrino elektros ir magnetizmo dėsningumus ir sukūrė klasikinę elektrodinamiką. Remdamiesi šia teorija, inžinieriai ne tik galėjo projektuoti ir konstruoti elektros įrengimus, bet buvo galima numatyti ir naujus, anksčiau nežinotus reiškinius, pvz., radijo bangų generavimą, sklidimą ir priėmimą. Beje, teisybės dėlei reikėtų paminėti, kad nei Fardėjus, nei Maksvelas už savo mokslinius tyrinėjimus tiesiogiai negavo nė cento.

Atrodytų, koks skirtumas, ar mes bandome aiškinti, kad naktį tamsu dėl to, jog Žemė nusisuko nuo Saulės, ar dėl to, kad tolimų žvaigždžių šviesa pasislinko į infraraudonąją spektro sritį. Žinoma, ne visai tas pats! Dar XIX a. vokiečių astronomas H. Olbersas (Heinrich Wilhelm Olbers) bandė paaiškinti naktinio dangaus tamsą tuo, kad šviesą sugeria tarpžvaigždinėje erdvėje esančios dulkės. Tačiau jos turėtų įkaisti ir pradėti pačios spinduliuoti, todėl tai problemos neišsprendžia. Tada (1826 m.) moksliškai ir buvo suformuluotas šis paradoksas, kuris ir vadinamas Olberso paradoksu. Iš viso to seka paprasta išvada: net akivaizdiems dalykams paaiškinti kartais tenka sukurti sudėtingas teorijas. Bet iš karto reikia pabrėžti, kad gera teorija duoda daug papildomos naudos. Ne visi turbūt žino, kad visų dirbtinių Žemės palydovų skrydžio trajektorijos yra apskaičiuojamos pagal Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos lygtis, o ne pagal klasikinės Niutono mechanikos lygtis. Turbūt niekam nereikia aiškinti, kad kai kurių palydovų darbas užtikrina visą pasaulinės globaliosios pozicionavimo sistemos (GPS) nenutrūkstamą veikimą. Štai jums ir fundamentinių tyrimų nauda.

Žinoma, Didžiojo hadronų koloiderio darbas visus domina dar ir dėl to, kad šis įrenginys yra pats brangiausias iki šiol veikęs mokslinių tyrimų įrenginys. Preliminariais duomenimis, jo kaina yra apie 7,5 milijardų eurų. Apskaičiavę gauname, kad tai sudaro apie vieną eurą vienam Žemės gyventojui. Bet tai nėra taip jau ir daug, jei prisiminsime, kad įrenginio statybos darbai prasidėjo 1998 metais. Tačiau tai yra tikras menkniekis, palyginti su 2008-ųjų metų pasaulinės ekonomikos krizės nuostoliais, kurie dar galutinai neįvertinti, bet sudarė tikrai daugiau negu kelioliką trilijonų eurų.

Neabejotina, kad Higso bozono atradimas suaktyvins elementariųjų dalelių fizikos tyrimus, o SM tobulinimas pateiks daug naujų netikėtų rezultatų. Tačiau nereikia manyti, kad fundamentiniai rezultatai šiais laikais galimi tik elementariųjų dalelių fizikos ar kosmologijos srityse. Štai, pavyzdžiui, kol kas yra nepaaiškinta aukštatemperatūrio superlaidumo, kuris stebimas keraminėse medžiagose, prigimtis. Šio reiškinio teorija tikriausiai leistų numatyti ir kambario temperatūros superlaidininkų sukūrimo galimybes. Dar kita svarbi neišspręsta fundamentali problema: žmogaus smegenų veikimo arba mąstymo paaiškinimas.

Pasižvalgę Lietuvoje, pamatysime, kad visi čia aptarti klausimai svarbūs ir mums. Pas mus irgi dažnai klausiama, o ką gero padarė tie mokslininkai, kokią praktinę naudą atnešė jų tyrimai. Niekaip negalima įsisąmoninti, kad fundamentiniai tyrimai gali būti reikšmingi ne tik tolimoje perspektyvoje, bet yra ir svarbi aukščiausios kvalifikacijos specialistų rengimo priemonė.

Faktas, kad jau nebemokame paaiškinti naujausių mokslo atradimų prasmės rodo, jog tampame mokslo provincija. Mokslo žinių populiarinimu visuomenei Lietuvoje beveik niekas nesirūpina – nei spauda, nei radijas, nei televizija, o mokslo institucijos ar atskiri mokslininkai tiesiog neturi nei laiko, nei suinteresuotumo. Nėra rengiami mokslo žurnalistai, mažai leidžiama mokslo populiarinimo literatūros. Vietoj mokslo žinių Lietuvos žiniasklaida garsina magiją, burtus, ekstrasensus, parapsichologiją, astrologiją ir kitus pirmykščių žmonių bendruomenėje vyravusius vaizdinius.

Dar liūdnesnė situacija yra ugdant moksleivius, nes, matyt, Lietuvoje nėra daug devintokų, kurie kartais susimąsto: kodėl naktį tamsu? Bendrojo lavinimo spragos per pastaruosius dešimtmečius, nuolatiniai ugdymo sistemos eksperimentai mokyklose, galutinai sumenkino tiksliųjų ir gamtos mokslų dalykų lygį, todėl dabar dauguma abiturientų nori tapti teisininkais ar vadybininkais. Akivaizdu, kad šią situaciją ne taip lengva pakeisti. Norint pasiekti geresnių rezultatų būtina keisti ugdymo programas jau nuo pirmųjų klasių (o gal net ir nuo darželio). Taigi, pradėję dabar, rezultato galėtume sulaukti tik po keliolikos metų.

Mokslo vaidmens smukimą rodo ir valdžios kuriamos programos ir strategijos, pvz., „Lietuva – 2030“. Daug kas žino, kad 1895 m. prognozė apie grėsmes Londono vystymuisi buvo maždaug tokia: „1920 metais pagrindinė problema Londone bus arklių mėšlas, kurį pašalinti iš gatvių darysis vis sunkiau.“ Žinome, kas iš tikrųjų vyko Londono gatvėse 1920 m. Tokios vizijos kaip „Lietuva – 2030“ iš esmės niekuo nesiskiria nuo Londono atvejo, nes tai yra tik kažkokių svajonių ar pasakų rinkinys, visiškai izoliuotas nuo realių visuomenės valdymo procesų.

Tai yra bendrų mūsų šalies visuomenės ir ūkio raidos problemų atspindys: viskas palikta savieigai, o vykdomoji valdžia tik „gesina gaisrus“, įsivaizduodama, kad valdo valstybę.