John Ellis : Οι φυσικοί χρειάζονται φαντασία και θάρρος

«Από πού ερχόμαστε; Τι είμαστε; Πού πάμε;». Eρωτήσεις που έως και πριν από λίγες δεκαετίες βρίσκονταν αποκλειστικά στη δικαιοδοσία και την εμβέλεια των φιλοσόφων για να δώσουν απαντήσεις. Ωστόσο, πλέον, η εμπειρική γνώση ή αλλιώς η επιστήμη, προτείνουν λύσεις σε ορισμένες από αυτές. Από την άλλη, ερωτήσεις όπως «Γιατί υπάρχει κάτι αντί για τίποτα;» μοιάζουν ακόμα δύσκολο να απαντηθούν.
«Οταν κάποιος με ρωτάει για τον Θεό, του απαντώ ότι πάντα υπάρχουν ερωτήσεις που δεν μπορείς να απαντήσεις με γνώμονα τη Φυσική. Ή ίσως να επιδέχονται περισσότερες της μιας απαντήσεις», λέει στην «Κ» ο εμβληματικός θεωρητικός φυσικός του CERN, Τζον Ελις, ο οποίος την Κυριακή 10 Απριλίου μιλάει για πρώτη φορά στο ελληνικό κοινό στην Αθήνα, στο Athens Science Festival.

Ο επιταχυντής

Ο δρ Ελις, καθηγητής της Εδρας Κλερκ Μάξγουελ του King’s College του Πανεπιστημίου του Λονδίνου, μίλησε στην «Κ» για τη «νέα φυσική» που προσπαθούν να ανακαλύψουν οι επιστήμονες με τα πειράματά τους στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN, όπου ο ίδιος κάνει την έρευνά του εδώ και περισσότερα από 40 χρόνια.
Για τον δρα Ελις, τα μυστήρια είναι που κάνουν τη ζωή όμορφη και θα ήταν λυπηρό εάν έφτανε η μέρα που η ανθρωπότητα δεν θα έβρισκε πλέον ερωτήματα για να απαντήσει ή γρίφους για να λύσει.

– Τι σχέση έχει ο τίτλος του πίνακα του Πολ Γκογκέν «Από πού ερχόμαστε; Τι είμαστε; Πού πάμε;» με την ανακάλυψη θεμελιωδών σωματιδίων και την έρευνα στο CERN;

– Τον συγκεκριμένο πίνακα του Πολ Γκογκέν τον είχα δει πριν από πολλά χρόνια όταν είχα επισκεφθεί τη Βοστώνη ως φοιτητής. Αγόρασα ένα αντίγραφο και το κρέμασα στο γραφείο μου. Από τότε μου υπενθύμιζε κάθε μέρα γιατί σηκώνομαι να πάω στη δουλειά κάθε πρωί. Αυτές οι τρεις ερωτήσεις του Γκογκέν είναι ακριβώς οι ίδιες που προσπαθούμε να απαντήσουμε και εμείς οι φυσικοί. Σίγουρα, βέβαια, οι επιστήμονες προσεγγίζουμε αυτές τις ερωτήσεις από μια διαφορετική οπτική γωνία από ό,τι οι άνθρωποι που απεικονίζονται στον πίνακα. Δεν προσπαθούμε να απαντήσουμε σε μεταφυσικές ερωτήσεις, όπως στο γιατί υπήρξε η Μεγάλη Εκρηξη. Μπορούμε όμως να συζητήσουμε σχετικά με το τι συνέβη αμέσως μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, τι συμβαίνει μεταξύ της Μεγάλης Εκρηξης και του σήμερα, και ίσως τι θα συμβεί στο μέλλον. Δεν μπορούμε όμως να συζητήσουμε για την πραγματική στιγμή της Μεγάλης Εκρηξης και τι την προκάλεσε.

– Εχει νόημα η ερώτηση τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Εκρηξη;

– Αυτό δεν μου είναι ξεκάθαρο. Ρωτώντας τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Εκρηξη προϋποθέτεις την ύπαρξη του χρόνου. Μπορεί σήμερα να γνωρίζουμε ότι ο χρόνος ως έννοια της φυσικής έχει νόημα, όμως επίσης γνωρίζουμε ότι στην πρώτη νεότητα του σύμπαντος κάποιες κβαντικές και βαρυτικές επιδράσεις το είχαν δονήσει τόσο δυνατά που ίσως να μην έχει καν νόημα να μιλάμε για τις έννοιες του χώρου και του χρόνου. Στη φυσική υπάρχουν πάντα περιορισμοί σχετικά με το τι μπορεί και τι δεν μπορεί να κάνει κανείς. Οι σημερινοί νόμοι της φυσικής υποδεικνύουν ότι στην αρχή του σύμπαντος υπήρξε κάποιου είδους ιδιαιτερότητα, που οδήγησε στον διαχωρισμό αυτών των νόμων. Με άλλα λόγια, οι νόμοι εμπεριέχουν την ίδια τους τη μοίρα. Οπότε δεν μπορούμε να δώσουμε απάντηση στην ερώτηση «τι θα μπορούσε να είχε συμβεί όταν διαχωρίστηκαν αυτοί οι νόμοι», διότι πλέον δεν ισχύει η κατανόησή μας για το σύμπαν. Μπορεί κάποια στιγμή στο μέλλον να ανακαλύψουμε κάποια νέα και βελτιωμένη σύνθεση των νόμων που θα μας επιτρέψει να περιγράψουμε γεγονότα που συνέβησαν ακόμα πιο παλιά στην αρχή του σύμπαντος, όμως αυτή τη στιγμή δεν μπορούμε.

Τα βαρυτικά κύματα

– Η πρόσφατη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων ξεκαθαρίζει καθόλου το τοπίο της αρχής του σύμπαντος;
– Η ανίχνευσή τους επιβεβαιώνει ότι ο χώρος είχε δονηθεί από βαρυτικά φαινόμενα. Ομως αυτά τα βαρυτικά κύματα δεν είναι σε καμία περίπτωση κβαντικά. Η πραγματική πρόκληση είναι να φτιάξουμε την κβαντική θεωρία της βαρύτητας. Ομως δεν μπορείς να φτιάξεις μια θεωρία εάν πρώτα δεν τσεκάρεις ότι αυτή έχει νόημα. Παρότι έχουμε δει τα κύματα, δεν έχουμε δει τα σχετικά σωματίδια, τα βαρυτόνια, και ίσως να περάσει πολύς καιρός μέχρι να το καταφέρουμε.

Τελευταίος κρίκος ή παράθυρο ανακάλυψης μιας νέας φυσικής;

– Σε ποια ερώτηση απαντάει η ανακάλυψη του μποζονίου Χιγκς;

– Μας παραπέμπει στην ερώτηση «τι είμαστε;», αλλά και πάλι όχι με τη μεταφυσική έννοια ή προσπαθώντας να κατανοήσουμε τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Η ανίχνευση του μποζονίου Χιγκς μας επιτρέπει να καταλάβουμε, με βάση τη φυσική, από τι είναι φτιαγμένοι οι άνθρωποι. Είχαμε λοιπόν τη θεωρία, που ονομάζεται το Καθιερωμένο Πρότυπο, που περιγράφει τα σωματίδια μάζας, τις δυνάμεις και τα σωματίδια που μεταφέρουν αυτές τις δυνάμεις. Ολα αυτά τα στοιχεία είχαν ανακαλυφθεί μέσα από τα πειράματα του CERN, εκτός από το μποζόνιο Χιγκς που αποτελούσε και τον τελευταίο κρίκο που έλειπε από τη θεωρία. Το 2012 επιτέλους το ανακαλύψαμε! Αυτό ήταν το αποτέλεσμα μιας αναζήτησης που κράτησε για σχεδόν 50 χρόνια και η οποία τελικά μας οδήγησε στο να κατανοήσουμε την ύλη σε θεμελιώδη επίπεδα. Οπότε, το μποζόνιο Χιγκς ολοκλήρωσε κατά κάποιο τρόπο το Καθιερωμένο Πρότυπο, αλλά επίσης μας πρόσφερε ένα νέο παράθυρο για την ύπαρξη μιας πιθανής φυσικής πέρα από αυτό.

– Μπορεί το μποζόνιο Χιγκς να απαντήσει και σε ερωτήματα σχετικά με το πού πάμε και από πού ερχόμαστε;

– Μελετώντας τα χαρακτηριστικά του πιθανώς να μπορέσουμε κάποια στιγμή να απαντήσουμε στην ερώτηση «γιατί το σύμπαν είναι τόσο μεγάλο και παλιό». Κάτι που θέλουμε να κατανοήσουμε με τα πειράματά μας είναι το πώς ξεκίνησε η διαστολή του σύμπαντος και το πώς έμοιαζε το σύμπαν πριν από τη διαστολή του. Υπάρχουν διάφορες ιδέες, όμως είναι ακόμα πρόωρο να μιλήσουμε για κάτι τέτοιο. Αυτό που γνωρίζουμε είναι ότι το σύμπαν αυτή τη στιγμή διαστέλλεται και συγκεκριμένα η διαστολή του ελαφρώς επιταχύνεται. Οι υπολογισμοί του Καθιερωμένου Προτύπου δείχνουν ότι το σημερινό μας σύμπαν είναι ασταθές. Η θεωρία λοιπόν προβλέπει ότι στο πολύ μακρινό μέλλον, αφού έχει περάσει πολύς καιρός από τότε που θα έχει εξαντληθεί ο Ηλιος ή θα έχουμε καταστραφεί μόνοι μας από κάποιον πυρηνικό πόλεμο, το σύμπαν θα καταρρεύσει. Ομως εγώ προσωπικά δεν το πιστεύω αυτό! Απλά επειδή κινούμαστε μέσα στο Καθιερωμένο Πρότυπο δεν σημαίνει ότι γνωρίζουμε όλη τη φυσική. Εάν όμως το σύμπαν πρόκειται να αποφύγει την κατάρρευση, τότε θα πρέπει να υπάρχει κάποια επιπλέον φυσική, που δεν γνωρίζουμε ακόμα, και την οποία ίσως να μπορέσουμε να την ανακαλύψουμε μέσα από τα πειράματα στον επιταχυντή του CERN.

Αρχισα να τρέχω γυμνός μέσα στο σπίτι φωνάζοντας «Εύρηκα»

– Ποια είναι τα κύρια εφόδια ενός θεωρητικού φυσικού;

– Χρειάζεται θάρρος, όχι φυσικό, αλλά διανοητικό. Χρειάζεται την αυτοπεποίθηση και την τόλμη να διατυπώνει κανείς πράγματα που άλλοι άνθρωποι δεν σκέφτονται ή δεν τολμούν να σκεφτούν. Χρειάζεται ταλέντο στα μαθηματικά και πολλή φαντασία, ίσως και καλλιτεχνικό ταμπεραμέντο.

– Δεν χρειάζονται και στιγμές «Εύρηκα»;

– Ναι, χρειάζονται κι αυτές. Θυμάμαι μια από τις στιγμές «Eύρηκα» που είχα, η οποία συνέβη πράγματι όντας μέσα στην μπανιέρα όπως ο Αρχιμήδης. Πήδηξα έξω και άρχισα να τρέχω γυμνός μέσα στο σπίτι φωνάζοντας «Εύρηκα!». Νομίζω ότι η σύζυγός μου ξαφνιάστηκε λίγο. Ηταν στις αρχές του 1983, όταν βασισμένος πάνω σε μια πιθανή επέκταση του Καθιερωμένου Προτύπου, αυτή της Υπερσυμμετρίας, σκέφτηκα πώς μπορεί να υπολογιστεί το μέγεθος του πεδίου του μποζονίου Χιγκς. Ομως η μεγαλύτερη στιγμή «Eύρηκα» μέχρι σήμερα ήρθε όταν επέστρεφα στο γραφείο μου από το κυλικείο του CERN, ακολουθώντας ακριβώς την ίδια διαδρομή που περπατήσαμε μαζί σήμερα. Ηταν πριν από ακριβώς 40 χρόνια όταν, σε μια στροφή του διαδρόμου, σκέφτηκα πώς μπορεί κανείς να ανακαλύψει πειραματικά ένα σωματίδιο στο Καθιερωμένο Πρότυπο, το γκλουόνιο, που μέχρι εκείνη τη στιγμή είχε διατυπωθεί αλλά δεν υπήρχαν άμεσες αποδείξεις για την ύπαρξή του. Το γκλουόνιο είναι ένα σωματίδιο σαν το φωτόνιο που συγκρατεί μαζί τα πυρηνικά σωματίδια.

– Γιατί η Υπερσυμμετρία αποτελεί για εσάς μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση για την επέκταση του Καθιερωμένου Προτύπου;

– Το Καθιερωμένο Πρότυπο περιλαμβάνει σωματίδια που φέρουν ύλη και άλλα που φέρουν δυνάμεις. Ολα τα σωματίδια περιστρέφονται με διαφορετικούς ρυθμούς, σαν μπαλαρίνες που κάνουν μικρές πιρουέτες.

Το φωτόνιο για παράδειγμα κάνει μια γρήγορη πιρουέτα, ενώ το ηλεκτρόνιο μια πιο αργή. Το μποζόνιο Χιγκς αποτελεί εξαίρεση και δεν περιστρέφεται καθόλου.

Από τη μια, σωματίδια σαν τα ηλεκτρόνια είναι πολύ αντικοινωνικά και δεν μπορεί κανείς να τοποθετήσει δύο τέτοια στην ίδια κατάσταση. Από την άλλη, σωματίδια όπως τα φωτόνια είναι πολύ κοινωνικά και τους αρέσει να βρίσκονται στην ίδια κατάσταση. Αυτό λοιπόν που κάνει η Υπερσυμμετρία είναι να προσφέρει μια πιθανή σύνδεση μεταξύ αυτών των εχθρικών και φιλικών σωματιδίων. Για να συσχετίσει όμως κανείς αυτά τα σωματίδια που έχουν διαφορετικές εσωτερικές ιδιότητες, δεν επαρκούν τα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου, αλλά χρειάζεται η ύπαρξη υπερσυμμετρικών ζευγών σωματιδίων. Για παράδειγμα το ταίρι του φωτονίου θα είναι το φωτίνο, το οποίο, εάν πράγματι υπάρχει, τότε αποτελεί τον ιδανικότερο υποψήφιο για να είναι η σκοτεινή ύλη. Η Υπερσυμμετρία όχι μόνο θα μας βοηθήσει να φτιάξουμε μια ενοποιητική θεωρία των αλληλεπιδράσεων όλων των σωματιδίων, αλλά με την ισχύ της αποτρέπεται και η κατάρρευση του σύμπαντος.

Εν αρχή ην ο Νεύτων

– Η φυσική βρίσκεται λοιπόν συνεχώς σε μια αναζήτηση ενοποιητικών εξηγήσεων;

– Το πρώτο παράδειγμα πιθανώς να ήρθε τον 17ο αιώνα, όταν ο Ισαάκ Νεύτων ενοποίησε την πτώση του μήλου με την κίνηση της Σελήνης. Τον 19ο αιώνα ο Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ ενοποίησε τον ηλεκτρισμό με τον μαγνητισμό, δείχνοντας αργότερα ότι πρέπει να υπάρχουν κύματα που έρχονται από το Διάστημα και μεταφέρουν τον ηλεκτρομαγνητισμό. Αυτά τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ανακαλύφθηκαν λίγα χρόνια αργότερα από τον Χάινριχ Χερτζ και σύντομα αποδείχτηκαν εξαιρετικά σημαντικά, τόσο στην κατανόηση του σύμπαντος όσο και στην τεχνολογία. Στην περίπτωση της βαρύτητας, ο Αϊνστάιν διατύπωσε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας στις αρχές του 20ού αιώνα και σύντομα έκανε την υπόθεση ότι, όπως υπάρχουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα, έτσι πρέπει να υπάρχουν και βαρυτικά. Σε αυτή την περίπτωση, χρειάστηκε να περάσουν εκατό χρόνια από τη διατύπωση της θεωρίας του Aϊνστάιν μέχρι να καταφέρουν πρόσφατα οι επιστήμονες να ανιχνεύσουν άμεσα τα βαρυτικά κύματα με το πείραμα LIGO. Στα μέσα του 20ού αιώνα, με το Καθιερωμένο Πρότυπο, ενοποιήσαμε τις ασθενείς με τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Ακολουθώντας τον ίδιο δρόμο, οι φυσικοί συνεχίζουμε να προσπαθούμε να κατασκευάσουμε ολοένα και πιο ενοποιητικές θεωρίες, κάτι το οποίο αγκαλιάζεται και από την Υπερσυμμετρία.

Η συνάντηση

Βρεθήκαμε μεσημέρι Δευτέρας, στο κυλικείο του CERN, στη Γενεύη της Ελβετίας. Ο John Ellis επέλεξε λαζάνια λαχανικών και μια μικρή σαλάτα, εγώ ψάρι με λαχανικά. Η συζήτηση, μιας και «ήταν πυρηνική φυσική», συνεχίστηκε στο γραφείο του, με εκείνον να πίνει έναν εσπρέσο και εγώ ένα ζεστό τσάι. Ο λογαριασμός 19,10 ελβετικά φράγκα (17,50 ευρώ).

Oι σταθμοί του

1946

Γεννιέται στο Λονδίνο.

1958

Σε ηλικία 12 ετών αρχίζει να ενδιαφέρεται για τη θεμελιώδη επιστήμη και αυτό που σήμερα ονομάζουμε σωματιδιακή φυσική και κοσμολογία.

1964

Αρχίζει τις σπουδές του στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ, ενώ την ίδια χρονιά θεωρητικοί φυσικοί μιλούν για την ύπαρξη των κουάρκ και αστρονόμοι ανακαλύπτουν τη Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου.

1968

Ξεκινά επιστημονική έρευνα στο ίδιο πανεπιστήμιο, διχασμένος μεταξύ σωματιδιακής φυσικής και κοσμολογίας. Τελικά αποφασίζει ότι η κοσμολογία ήταν πολύ περίπλοκη και, για να απλοποιήσει τα πράγματα, διαλέγει τη σωματιδιακή φυσική.

1973

Ξεκινά την έρευνά του στο CERN.

1975

Μαζί με τον Δημήτρη Νανόπουλο και τη Μαίρη Γκαγιάρντ συγγράφουν ένα επιστημονικό άρθρο στο οποίο προτείνεται για πρώτη φορά ένας συστηματικός τρόπος για να παραχθεί και να ανιχνευθεί το μποζόνιο Χιγκς.

1976

Διατυπώνει την ιδέα πάνω στη οποία ανακαλύφθηκε πειραματικά το γκλουόνιο, ένα σωματίδιο του Καθιερωμένου Προτύπου.

2012

Ανιχνεύεται το μποζόνιο Χιγκς στο CERN.

Πηγή: Καθημερινή