TAJNI JEZIK NAUKE - Priča II - Linije spajanja Ričarda Fajnmana

 „Ako je on, kako vi kažete, najpametniji čovek na svetu – neka nam je Bog u pomoći!“

(Lusil, Fajnmanova majka, nakon što ga je magazin Omni proglasio za najpametnijeg čoveka na svetu).

Ričard Fajnman

Ako bi za nekog rekli da je bio Nobelovac, istaknuti fizičar, jedan od najvećih popularizatora nauke i tvorac brojnih naučnih teorija koje nisu bile usko vezane samo za jednu naučnu oblast, lakonski bi mogli izneti zaključak da se radi o jednoj velikoj ličnosti koja je zasigurno zadužila ljudski rod. Međutim, ako bi spisku prethodnih zanimanja dodali još i: pisac, slikar, molekularni biolog, svirač bonga, geolog i vrhunski rešavač drevnih misterija, predstava o pomenutoj ličnosti dobija nove dimenzije. Spisak interesovanja ne završava se ni ovde, već mu se dodaju naredne neverovatne stvari kao što su obijač sefova ili pak žongler. Veoma obrazovan lopov, ili možda maštar koji je samo želeo da otkriva tajne? Na primeru čuvenog američkog naučnika Ričarda Fajnmana, čovek bi mogao da potraži odgovor na pitanje - dokle idu krajnje granice ljudske imaginacije?

Razmatrati sve naučne domete koje je u svojoj bogatoj karijeri naučnika i profesora Univerziteta ostvario Ričard Fajnman (1918-1988.) bilo bi sasvim neprikladno na ovom mestu. Zašto? Jednostavno: njegove ideje i teorije zaslužuju pažnju koja bi nas odvojila od materijalnog sveta prilično dugo. Ukoliko bismo analizirali samo njegove ideje o kvantnoj fizici ili kvantnoj elektrodinamici, čitav forum morao bi biti poplavljen porukama o bogatstvu mogućnosti koje se u njoj pronalaze. A šta tek reći o nanotehnologiji, za koju današnja nauka, dvadesetak godina nakon Fajnmanove smrti, zan tek delić potencijala.

Ričard Fajnman je čitav život proveo kao slobodan naučnički duh. I nije zato čudno što se on obreo u ovom društvu umetnika koji su svoj pogled na prirodu i zakone koji je uređuju mogli iskazivati alternativnim putem, ne samo zamršenim jednačinama.

Prvo što treba da saznate o Fajnmanu – njegov krajnje neformalni način ophođenja. I neformalni način predavanja. Dakle, univerzalni tok razmišljanja. Jedan njegov student je pričao da, dok je ulazio u amfiteatar na Fajnmanovo predavanje, ovaj je lupkao veoma komplikovan ritam koji niko nije mogao da prati, a potom je kredu vrteo između prstiju poput najboljih kockara, koji na isti način vrte karte u ruci. Zarazni duh otkrića koji je Fajnman širio među ljudima svodio se na radost što svaki put čovek shvata koliko je još velikih problema preostalo, a da rešenja nema na vidiku. Svako od nas, po Fajnmanu, mora imati svoju laboratoriju u životu i u glavi, kao i odluku (prioritet) za svaki praktični problem. Ono što je vodilo Fajnmana u takvom načinu življenja, bile su linije. 

"Postoje dva tipa genija. Obični geniji rade velike stvari, ali vas ostavljaju u uverenju da i vi to možete samo ako dovoljno naporno radite. Ali tu su i mađioničari, i vi nemate pojma kako oni to rade. Fajnman je bio mađioničar".

(Hans Bete)

Fajnmanovi dijagrami

Ukoliko biste razgovarali sa teorijskim fizičarem, na pomen Fajnmanovog dijagrama, on bi odgovorio:

„Pa to je jedan od najfascinantnijih perturbativnih procesa u kvantnoj teoriji polja.“

Nuklearni fizičar bi vam odgovorio nešto poput:

„Da, da, to je teorijski način da pratimo transformaciju čestica!“

Šta bi tek odgovorio prosečan prolaznik?

Naravno, u samom Fajnmanovom stavu prema ovom problemu, može se naslutiti šta je bio njegov cilj – pojednostaviti predstavljanje ionako složenih procesa koji se dešavaju u prirodi. Tehnika Fajnmanovih dijagrama osobito je pogodna za kvalitativno opisivanje pojava u kvantnoj elektrodinamici, čiji je utemeljivač bio upravo naš glavni junak. Dijagrami u grafičkoj formi daju algoritam po kojem se u teoriji perturbacija (važna „kvaka“ u opisivanju realnih kvantnih sistema – nešto poput metoda koji pojednostavljuju šumu problema i parametara) izračunavaju amplitude verovatnoće nekog konkretnog procesa.

Linije na dijagramu predstavljaju kretanje čestice, dok su interakcije između njih predstavljene verteksima – to su tačke u kojima se linije u Fejnmanovim dijagramima spajaju. Gornji dijagram, na primer, pokazuje način na koji se emituje gama foton u procesu anihilacije para elektron-pozitron. Talasasta linija opisuje prostiranje fotona. Ona ovde spaja dva verteksa i čini tzv. Virtuelnu česticu. Svaki verteks se odlikuje nekom veličinom, koja se naziva konstanta interakcije (ili konstanta vezivanja). Što je slabija ta konstanta, i odgovarajuća interakcija je slabija.

Majica po Fajnmanu

... i markica po Fajnmanu

 

Zašto je sve ovo toliko spektakularno?

Interakcije čestica, dugo su smatrane za veoma teško opisive pojave. Da ne govorimo o predstavljanju osobina koje imaju elementarne čestice. Dijagrami nastali igrom Fajnmanovog uma sa linijama, omogućavaju da se u isto vreme opišu kretanja kako čestice (elektron), tako i antičestice (pozitron). Pri tome je pozitron interpretiran kao elektron koji se kreće unazad u vremenu! Zapravo, jedna najlogičnija i prilično jednostavno nacrtana predstava tačaka i linija, objašnjava pravu prednost kvantnih polja. Može se reći da je Fajnman „razgolitio“ sve složene modele u fizici, i ubrzao razvoj verovatno njene najfundamentalnije teorije – kvantne teorije polja. Ona je ta koja izučava procese stvaranja i nestajanja elementarnih čestica. Pogled u takve strukture pogled je u prošlost i budućnost svega što nas okružuje.

Umetnik Fajnman

Opčinjen magijom linija, Fajnman paralelno sa naučnim izražava i svoj umetnički stav. Izrazita je težnja ovog genija da u svojim delima, kako naučnim tako i slikarskim, ogoli predmet svog posmatranja do najsitnijih detalja. Ričard Fajnman je veliki teoretičar sa izrazitim smislom za praktičnu potrebu onog što proučava! Njegovi roditelji, beloruski iseljenici, pružili su mu veoma rano dodir sa naučnim problemima – otac je bio proizvođač uniformi i svake večeri je mladom Ričardu čitao poneki odlomak iz Britanike1. Strast da zaviri iza „debelih kaputa stvarnosti“ najizraženija je u toj Fajnmanovoj nekonformističkoj crti življenja i stvaranja. Otuda i prvobitna umetnička dela, koja su uglavnom predstavljala aktove u crno-beloj tehnici. Kasnije je prešao na portrete, a imao je često običaj da radi portrete nekih od najvećih fizičara tog vremena, poput Hansa Betea ili Pola Diraka. Pseudonim kojim je Fajnman potpisivao svoja umetnička dela bio je „OFEY“. Studenti kojima je predavao, pričali su da je neretko crtao linije u pauzama između predavanja. Sam Fajnman je pak isticao da je čitav život proučavo svetlost i njegove linije, te da oseća život svake krive koju nanosi na belom papiru ili platnu.

Catty McAlpine Myers

Female posing (1968. godina)

  Rad iz 1985. godine "Equations and Sketches"

Fajnman brani slobodu. Iako je često bio i previše samouveren u neke svoje ideje, pa čak išao i do granice tolerancije, Fajnman je izraziti stvaralac koji stvaralački žar prebacuje u ruke onih koji su mu najbliži. Pri tome, sloboda mišljenja, kao i njegova nekonvencionalna struktura, prioriteti su u takvom stilu stvaranja. Čuvena je i priča sa počtka 80-ih, kada su lokalne vlasti pokušale da zatvore jedan toples bar. Fajnman je, na zaprepašćenje svih, svedočio u korist tog toples bara pod obrazloženjem da mu „daje kreativnu kapislu i pomaže u naučnom radu!“ Nepotrebno je onda objašnjavati entuzijazam sa kojim je Fajnman svirao tradicionalni kubanski instrument bongo.

Fajnman izvodi bravure na bongu

Muzika je u njegovom životu zauzimala posebno mesto, a alat kojim je mogao da zamišlja predivne ljudske siluete kako plešu salsu ili bolero činio ga je beskrajno ispunjenim. Linije spajanja i ovom primeru? Da li je moguće? Moguće je! Bongo čine dva bubnja, nejednakih veličina koji su međusobno spojeni. Ako vas pomalo podssećaju na dijagram koji ste videli gore, potpuno ste u pravu!  Strast za sagledavanjem svega što je prividno skriveno, manifestovana je u još jednom neobičnom Fajnmanovom hobiju – dešifrovanju.

Nakon što je veoma uspešno poobijao skoro sve sefove u vojnoj bazi tokom projekta „Menhetn“, Fajnman se okrenuo dešifrovanju hijeroglifa drevnog naroda – Maja. Sistem pisanja Maja arheolozi smatraju najsavršenijem sistemom ikada razvijenim na području Mezoamerike. Maje su pisale koristeći 800 individualnih znakova ili glifova, uparenih u stupce koje se čitaju zajedno s leva na desno od vrha ka dnu. 

Glifovi predstavljaju reči ili slogove koji mogu da se kombinuju u bilo koju reč ili koncept. Pisanja Maja nisu jednostavna za prevođenje iz više razloga. Prvo, glifovi ne predstavljaju samo zvukove ili ideje, oni mogu da predstavljajui jedno i drugo, tako da nije lako znati na koji način bi svaki glif trebao da se pročita. Pored toga, mnogi Maja glifovi mogu da imaju više od jednog značenja, pojedini glifovi predstavljaju više od jednog fonetičkog zvuka, dok u isto vreme predstavljaju i ideju. To znači da svaka ideja može biti pisana na više različitih načina. Dešifrovanje tekstova Maja je postalo lakše uz pomoć kompjutera, crteža i znanja akumuliranog kroz vekove naučnih istraživanja. Hijeroglifi Maja nisu potpuno dešifrovani i još uvek mogu biti samo objašnjeni umesto pročitani. Do danas, dešifrovano je približno 85 % poznatih hijeroglifa.

Kada je jednog leta poželeo da malo odmori od fizike i rada na čuvenom univerzitetu Kalteh, Fajnman je otplovio u nešto drugačije vode. Odmah nakon revolucinarnog otkrića DNK spirale od strane Votsona i Krika, poželeo je da se upusti u avanturu sa „linijama“ lanca gena koji se nalazi u svim živim bićima. Počeo je da vrši istraživanja sa bakteriofagima (virusi koji sadrže DNK i napadaju bakterije). Upustio se u prilično hrabru borbu sa ispitivanjem problema mutacija. Iako je bio veoma uspešan u tom polju, nije izdržao više od nekoliko meseci i vratio se svojoj najvećoj ljubavi - fizici. Međutim, prvo što je počeo da proučava nakon tog kratkog odsustva bili su ni manje, ni više do talasi elektrona!

Šahovska tabla po Fajnmanu

Mogućnost da problem predstavi prepoznatljivim, dala je Fajnmanu ideju za još jednu genijalnu bravuru – model koji je objašnjavao prostor-vremensko kretanje čestice sa polucelim spinom.

U teoriji relativiteta ovaj model je veoma cenjen jer predstavlja način za iskazivanje rešenja Dirakove jednačine po diskretnim sumama u (1+1) dimenzionalnom prostor-vremenu. Prevod ove rečenice na jednostavniji jezik sveo bi se na: „Povežimo osobine kretanja čestice (spin/kiralnost) sa osobinama prostora u kojem se kreću. Dobićemo nekakve kvantne sume koje će nam mnogo značiti!“ Definisanjem ovog modela, Fajnman je praktično dao odličan razlog za usavršavanje teorije stringova (struna) – teorije izgrađene na postulatu da su sve elementarne komponente prirode tanka jednodimenzionalna vlakna nazvana „strune“.

Analogiju prirode sa šahom, Fajnman je dao i u jednom svom intervjuu rekavši da čovek može zamisliti da neko igra partiju šaha na velikoj tabli koju posmatramo, ali čije zakone tek pokušavamo da shvatimo. Kada dođemo do momenta u kojem prepoznamo način kretanja pojedine figure, započinjemo drugi proces – shvatanje njenog značenja. 

Slavni grafičar Escher je u svojim delima kao glavni motiv isticao povezanost prostora i vremena naglašavajući efekte koji se u toj spregi mogu javiti (zakrivljenost, simetrija i druge)

Ulazeći u dubinu shvatanja linija koje manifestuju pojave što pred nama obigravaju svakog trenutka, ulazimo  u čudestan svet lepote nepoznatog i neotkrivenog.