Neizdevās savienoties ar Twitter. Mēģini vēlreiz!

Lieli ziloņi lielā Visumā
Foto: Uldis Tīrons
Zinātne

Ar fiziķi Nīmu Arkānī-Hāmedu sarunājas Arnis Rītups

Lieli ziloņi lielā Visumā

Teksasā dzimušā amerikāņu fiziķa Nīmas Arkānī-Hāmeda vecāki, arī fiziķi, ir izceļotāji no Irānas, tēvs pēc aizbraukšanas no Irānas kādu laiku bija fizikas profesors ļoti prestižajā Makgila Universitātē Monreālā Kanādā. Tādēļ arī Nīma fizikas un matemātikas studijas sāka Kanādā, Toronto Universitātē. Doktora grādu fizikā viņš ieguva vienā no izcilākajām pasaules mācību iestādēm – Kalifornijas Universitātē Bērklijā. Teicamā izglītība līdz ar neapšaubāmu talantu bija ļoti laba starta pozīcija spožai akadēmiskajai karjerai, un tāda, par spīti Nīmas samērā nelielajam vecumam (dzimis 1972. gadā), viņam arī neapšaubāmi veidojas. Pēcdoktorantūras jeb tā saucamos postdoc gadus Nīma pavadīja Stanfordā, bet pēc tam ieguva profesora vietu tajā pašā Kalifornijas Universitātē. Citam tas būtu karjeras piepildījums un darbavieta visam atlikušajam mūžam, taču pēc desmit darba gadiem profesora amatā Amerikas Rietumu krastā Nīma Arkānī-Hāmeds ieguva profesora vietu jau Austrumkrastā, Hārvarda Universitātē. Bet arī tas vēl nav viss. 2008. gadā Nīma Arkānī-Hāmeds kļuva par profesoru Padziļināto pētījumu institūtā (Institute of Advanced Studies) Prinstonā. Šī vieta vien ko nozīmē! Padziļināto pētījumu institūts ir viena no retajām vietām pasaulē, kuras mērķis ir tikai un vienīgi fundamentālās zināšanas. Tajā tiek aicināti darboties paši izcilākie pasaules zinātnieki, un viņi pilnīgi brīvi var izvēlēties savu pētījumu virzienu bez jebkādiem ierobežojumiem – citiem vārdiem sakot, tie ir ideāli apstākļi zinātniekam. Nīma Arkānī-Hāmeda priekšgājēji šī institūta Dabaszinātņu fakultātē ir Alberts Einšteins (šobrīd fakultātes adrese ir Alberta Einšteina ceļš) un Kurts Gēdels. Viņa pašreizējo kolēģu vidū ir Frīmans Daisons, Edvards Vitens un citi izcili fiziķi.

Nīma Arkānī-Hāmeds pavisam noteikti nepieder pie pragmatiski un piezemēti domājošiem fiziķiem. Viņa pētniecības tēmas un publiskās uzstāšanās vienmēr ir bijušas saistītas ar fundamentāliem, pat filozofiskiem pasaules uzbūves aspektiem. Tādi ir jautājumi, cik dimensiju piemīt reālajai pasaulei, jautājumi par pasaules uzbūves simetriju un supersimetriju, tumšo matēriju un tamlīdzīgi. Nīma Arkānī-Hāmeds ir teicams un kaislīgs runātājs. Kornela Universitātē viņš ir lasījis tā saucamās “vēstneša lekcijas” (Messanger Lectures). Tā ir īpaša lekciju sērija, ko reizi semestrī Kornela Universitātē nolasa kāds ielūgts izcils lektors. Šo priekšlasījumu uzdevums ir “sniegt lekciju kursu par cilvēces attīstības ceļiem, lai celtu mūsu politiskās, biznesa un sociālās dzīves morālos standartus”. Skan ambiciozi. Nav negaidīti, ka Nīmas Arkānī-Hāmeda lekciju kursa nosaukums ir “Fundamentālās fizikas nākotne”.

Viens no galvenajiem Arkānī-Hāmeda pētījumu dzinuļiem ir atziņa, ka pasaules aina, ko veido mūsdienu teorētiskās fizikas sasniegumi, neskatoties uz tās augsto precizitāti un iespēju šo precizitāti pārbaudīt eksperimentos, satur mulsinošus trūkumus, par kuriem liecina šķietamā neatbilstība starp Visuma izmēriem un gravitācijas spēka acīmredzamo vājumu, salīdzinot ar citiem fundamentālajiem spēkiem. Pēc viņa domām, tehnoloģiskās iespējas, ko sniedz lielais hadronu paātrinātājs, jau tuvākajos gados varētu ļaut nonākt pie šīs problēmas risinājuma, kas, iespējams, varētu būtiski mainīt fiziķu pieņēmumus par Visuma uzbūvi. Arkānī-Hāmeds ir viens no vadošajiem zinātniekiem grupā, kas piedāvā jaunus teorētiskos modeļus eksperimentālai pārbaudīšanai CERN paātrinātājā.

Varbūt vēl pavisam nelielu iezīmi Nīmas portretā var piešķirt fakts, ka Rīgas Laika saruna ar fiziķi notika piektdienas vakarā pārpildītajā Prinstonas alus bārā Triumph.

Mārcis Auziņš, Helmuts Caune

Rīgas Laiks: Vai jūs kaut kādā ziņā esat pietuvojies atbildei uz jautājumu, kāpēc pastāv kaut kas, nevis nekas?

Nīma Arkānī-Hāmeds: Īsā atbilde ir – nē. Ik reizi, kad pietuvojies atbildei uz šo jautājumu, ik reizi, kad kaut ko uzzini par to, kā iekārtota pasaule, tu vari jautāt – kāpēc tas ir tā vai kāpēc tas ir kaut kā citādi. Un tā ir pilnīgi jauna parādība – tādā ziņā, ka tas, ko es tagad saku, nekādā gadījumā nav attiecināms uz četrsimt, divsimt vai pat 50 gadus senu pagātni. Taču šodien – vismaz mūsu zinātnes nozarē – tas, ko mēs zinām par dabas likumiem, ir balstīts uz ārkārtīgi stingriem pamatiem. Varbūt vienkāršākais veids, kā paskaidrot, ko es ar to saprotu, ir salīdzināt ar citām lietām. Pievērsīsimies kaut vai samērā jaunai zinātnei, sākot ar Ņūtonu, – teorētiskajai fizikai. Nav šaubu, ka Ņūtons spēra revolucionāru soli uz priekšu tajā, kā mēs saprotam dabu. Teiksim, pat izteiksme F = ma – spēks ir vienāds ar masas un paātrinājuma reizinājumu – pastāsta mums kaut ko pārsteidzošu par to, kā iekārtota pasaule; tā mums pastāsta, vienkārši izsakoties, ka, ja mēs precīzi norādām daļiņu sākuma stāvokli un ātrumu, tad varam prognozēt, kas notiks tālāk. Šim F = ma un pārējiem dabas likumiem piemīt kaut kas filozofiski izsmalcināts – pateicoties pašam faktam, ka tie ir patiesi, vismaz aptuveno vērtību jomā, kur tie vēl jo vairāk ir spēkā, tie kļūst vienlaikus par dabas likumiem un par definīcijām. Un studentus tas mulsina. Jūs viņiem sakāt – F = ma, bet viņi jums jautā – kā tad lai izmēra, kāds spēks iedarbojas uz daļiņu? Nu tā – ņemiet daļiņu un paskatieties, kāds ir tās paātrinājums. Un tas jums pateiks, kāds ir spēks, kas uz to iedarbojas. Kas tad tas īsti ir – tautoloģija? Definīcija? Tautoloģija tā nav. Tas ir pārsteidzoši, ka dabu raksturo šādas vienādības, kurās atliek vienīgi norādīt konkrētu sākuma stāvokli un sākuma ātrumu, un tad jau būs iespējams prognozēt, kas notiek tālāk. Nevar norādīt, teiksim, tikai sākuma stāvokli. Ar to nepietiek. Ātrums ir temps, kādā mainās stāvoklis, vai ne? Un paātrinājums ir temps, kādā mainās ātrums. Tātad varētu būt bijis tā, ka, lai prognozētu, kas notiek tālāk, jānorāda sākuma stāvoklis, sākuma ātrums un sākuma paātrinājums. Vai varbūt vēl vairāk sākuma parametru. Taču – nekā tamlīdzīga. Nepieciešams tieši šis interesantais informācijas daudzums. Sākuma stāvoklis, sākuma ātrums, un tālāk – lūdzu, visu pārējo iespējams prognozēt. Tas jau bija milzīgs solis, kas ļāva samazināt to parametru daudzumu, kas nepieciešami, lai prognozētu dabu. Ņūtonam nebija ne jausmas, kāpēc pietiek ar šiem diviem skaitļiem. Tā vienkārši bija viena no viņa aksiomām. Tas nav nebūtiski, tas nav pašsaprotami, bet tas ir viss, kas vajadzīgs, lai prognozētu to, kas notiks tālāk. Tas ir milzu solis, kas sperts, vienkāršojot visus iespējamos veidus, kādos strādā fizikas likumi. Un tik un tā vēl joprojām saglabājas milzu brīvība tajā, ko mēs varam iztēloties. Kaut vai gravitācijas likums. Varētu teikt, ka divi ķermeņi pievelk viens otru ar spēku, kas ir tieši proporcionāls to masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls to savstarpējā attāluma kvadrātam. Tātad, ja mēs šīs masas novietojam divreiz tālāk vienu no otras, spēks, ar kādu tās savā starpā mijiedarbojas, ir četras reizes vājāks. Fakts, ka tas ir apgrieztais kvadrāts, ka tas ir viens dalīts ar attāluma kvadrātu… Divi ir vienkārši skaitlis, ko mēs esam paņēmuši. Tas izklausās jauki un dod mums pareizo atbildi, bet nekur visā Ņūtona pasaules ainā šis divnieks neko īpašu nenozīmē. Tā ir vienkārši izvēle. Tā vietā varēja būt 2,01.

RL: Jūs gribat teikt, ka tā ir patvaļīga izvēle?

Hāmeds: Jā. Patvaļīga tādā ziņā, ka tā ir izvēle, ko izdarījusi daba. Tā ir pareiza izvēle. Šīs teorijas ietvarā mēs varētu iztēloties, ka ierakstām jebkādus kāpinātājus pēc savas patikas. Tas varēja būt apgrieztais kvadrāts, tas varēja būt apgrieztais kubs; skaitlis varēja būt apgriezts pakāpei 3,5 vai tikpat labi 17, 779. Un ir daudz, daudz šādu iespējamu variantu. No otras puses, pati likuma struktūra bija krietni vien stingrāk būvēta nekā jebkas cits pirms tās. Un tāpēc tas bija milzīgs solis uz priekšu, kas mūs mācīja konceptualizēt, kā vajadzētu izskatīties dabas likumiem. Tas tik un tā pieļāva ārkārtīgi lielas patvaļības. Tas, kas mūsu rīcībā ir pašlaik, ir daudz vizuālāks.

RL: Kad pajautāju Frīmanam Daisonam, vai viņš kādreiz ir redzējis atomu, viņš atteica, ka esot gan vienu redzējis– Sietlā; tā vārds bijis Izabella. Atoms bijis redzams vienu nedēļu. Vai jūs kādu esat redzējis?

Hāmeds: Nē, bet citi ir. Lai ieraudzītu atsevišķus atomus, izmanto skenējošus elektromikroskopus; ir cilvēki, kam izdevies manipulēt ar individuāliem atomiem. Ir tāda slavena fotogrāfija; ja nemaldos, IBM to uzņēma pirms vairākiem gadiem. Viņi ņēma kādus 20 vai 30 atomus un ar to palīdzību uzrakstīja akronīmu IBM. Daudz kas ir noticis no Ņūtona līdz mūsu dienām – mēs esam atklājuši dziļākus likumus, kas atnesuši mums jaunu mehāniku. Relativitātes likumus, kvantu mehānikas likumus. Un izrādās, ka iespēja apvienot relativitāti ar kvantu mehāniku ir pārsteidzoši ierobežota. Patiesībā gandrīz neiespējama. Bet relativitātes likumi mums stāsta, ka nav viena novērotāja, kam būtu priekšroka. Un, starp citu, arī to, ka laika un telpas jēdzienus var vienu ar otru dabiski sajaukt. Par to, ko viens novērotājs sauks par “diviem notikumiem, kas norisinās vienlaicīgi, bet dažādos punktos telpā”, kāds cits pateiks: “Ak tā, tie norisinājās dažādos telpas punktos un dažādos laikos.”



Lai turpinātu lasīt šo rakstu, lūdzu, pieslēdzies vai reģistrējies

Raksts no Jūnijs 2015 žurnāla

Līdzīga lasāmviela