MICHIO KAKU - Ajnstajnov Kosmos

zdls & meteori

MIČIO KAKU

Ajnštajnov kosmos Kako je vizija Alberta Ajnštajna promenila spoznaju prostora i vremena

Naslov originala: Einsteins Cosmos, Michio Kaku

www.bosnaunited.net www.crowarez.org

2

zdls & meteori

Za Mišel i Alison

3

zdls & meteori

PREDGOVOR

Novo sagledavanje zaostavštine Alberta Ajnštajna Genije. Rasejani profesor. Otac relativnosti. Mitska figura Alberta Ajnštajna - kosa razbarušena vetrom, noge bez čarapa, prevelika košulja, lula u ustima, zanesenost - slika utisnuta u sećanje svih nas. „Pop-ikona ravnopravna Elvisu Prisliju i Merilin Monro, zagonetno nas posmatra s razglednica, naslovnih strana časopisa, sa majica i džinovskih postera. Marketinški agenti s Beverli Hilsa prodaju njegovo lice za televizijske reklame. Da je živ, prezirao bi sav taj cirkus“, piše biograf Denis Brajan.1 Ajnštajn je jedan od najvećih naučnika svih vremena, utemeljivač koji se po svom doprinosu fizici može porediti sa Isakom Njutnom. Ne iznenađuje što ga je časopis Tajms svrstao u pedeset najuticajnijih ljudi u proteklih sto godina. S obzirom na njegovo mesto u istoriji, nekoliko je dobrih razloga za nove napore da se ponovo sagleda Ajnštajnov život. Prvo, njegove teorije su tako duboke i dalekovide da i posle više decenija često zauzimaju naslovne strane novina - zato je neophodno da pokušamo da utvrdimo njihove korene. Dok nove generacije dostignuća nepojmljivih u dvadesetim godinama prošlog veka (sateliti, laseri, nanotehnologije, detektori gravitacionih talasa), istražuju daleke granice svemira i unutrašnjost atoma, Ajnštajnova predviđanja pomažu modernim naučnicima da dobiju Nobelovu nagradu. Čak i mrvice sa Ajnštajnovog stola otvaraju nove perspektive u nauci. Na primer, Nobelova nagrada je 1993. godina otišla u ruke dvojice naučnika što su posredno potvrdili postojanje gravitacionih talasa koje je Ajnštajn predvideo 1916. godine, tako što su analizirali kretanje binarnih neutronskih zvezda na nebu. Takođe, 2001. godine Nobelovu nagradu dobila su tri fizičara koja su potvrdila postojanje Boze-Ajnštajnovih 1

„Pop-ikona ravnopravna ...“: Brian, str. 436.

4

zdls & meteori

kondenzata, novog stanja materije na temperaturama bliskim apsolutnoj nuli - Ajnštajn je pretpostavio da takvo stanje materije postoji još od 1924. godine. I druge njegove pretpostavke danas dobijaju potvrdu. Crne rupe, nekada smatrane bizarnim poglavljem Ajnštajnove teorije, identifikovane su pomoću orbitalnog teleskopa Habl (Hubble Space Telescope) i teleskopa za radio-talase (Very Large Array Radio Telescope). Ne samo da je potvrđeno kako Ajnštajnovi prstenovi i sočiva postoje, već oni danas predstavljaju ključne astronomske alatke za merenje nevidljivih objekata u dalekom svemiru. Čak se i Ajnštajnove „greške“ prihvataju kao veliki doprinos našem znanju o kosmosu. Godine 2001, astronomi su došli do ubedljivog dokaza da „kosmološka konstanta“, nekadašnja Ajnštajnova najozbiljnija zabluda, zaista predstavlja najveću koncentraciju energije u svemiru i da će odrediti konačnu sudbinu samog kosmosa. Kako se potvrde njegovih predviđanja množe, savremena eksperimentalna fizika biva „renesansa“ Ajnštajnove zaostavštine. Drugo, fizičari ponovo procenjuju njegov rad, posebno način razmišljanja. Dok su nekadašnji biografi detaljno proučavali Ajnštajnov život tražeći naznake porekla njegovih teorija, fizičari danas sve više prihvataju ideju da se one ne zasnivaju toliko na matematici (da ne pominjemo njegov ljubavni život!), već na jednostavnim i elegantnim slikama. Ajnštajn je često pominjao sledeće: ako nova teorija ne proističe iz fizičke slike dovoljno jednostavne da je i dete razume, verovatno je bezvredna. Zato smo u ovoj knjizi te slike, plodove Ajnštajnove naučničke mašte, iskoristili kao formalni metod za opisivanje njegovih zamisli i najvećih dostignuća. U delu I oslanjamo se na sliku koju je Ajnštajn prvi put sagledao sa šesnaest godina: kako bi mu izgledali svetlosni zraci kada bi mogao da leti uporedo s njima. Inspiracija za tu sliku verovatno je bila dečija knjiga koju je pročitao. Zamišljajući šta bi se desilo kada bismo se utrkivali sa svetlosnim zrakom, Ajnštajn je prepoznao ključnu kontradikciju između dve najveće teorije tog vremena - Njutnove teorije sila i Maksvelove teorije polja i svetlosti. Dok se trudio da razreši taj paradoks, znao je da se jedna od te dve teorije - Njutnova, kako se ispostavilo - mora pokazati 5

zdls & meteori

netačnom. U izvesnom smislu, ta slika krije čitavu teoriju relativnosti (koja će jednog dana otkriti tajnu zvezda i nuklearne energije). U delu II pomalja se nova slika: Ajnštajn je zamišljao planete kao klikere koji se kotrljaju po krivoj površini u čijem središtu je Sunce - to je ilustracija ideje da gravitacija izvire iz zakrivljenosti prostora i vremena. Zamenivši Njutnove sile krivinom glatke površine, Ajnštajn je naslikao svežu, revolucionarnu sliku gravitacije. U takvom novom konceptu, Njutnove „sile“ bile su iluzija koju je stvorio zakrivljeni prostor. Posledice te jednostavne slike odvešće nas do crnih rupa, Velikog praska i kraja samog kosmosa. Deo III nema sliku - posvećen je Ajnštajnovim neuspešnim pokušajima da osmisli sliku-vodilju u otkrivanju „objedinjene teorije polja“ koja bi mu pomogla da formuliše najveće dostignuće dvomilenijumskog istraživanja zakona materija i energije. Ajnštajna je intuicija počela da izdaje, jer njegovo vreme nije znalo ništa o silama koje su upravljale atomskim jezgrom i subatomskim česticama. Nedovršena objedinjena teorija polja i njegova tridesetogodišnja potraga za „teorijom svega“ nikako nije bila promašaj - premda je to tek skoro shvaćeno. Ajnštajnovi savremenici smatrali su je donkihotovskom. Abraham Pais, fizičar i Ajnštajnov biograf, rekao je da je „tokom poslednjih 30 godina života aktivno istraživao, ali slava mu ne bi bila pomućena - možda bi bila i veća - da se bavio pecanjem“.2 Drugim rečima, njegova zaostavština bi verovatno bila i bogatija da je ostavio fiziku između 1925. i 1955. godine. Poslednjih desetak godina, u osvit novih teorija zvanih „teorija superstruna“ ili ,,M-teorija“, potraga za objedinjenom teorijom polja sve više zauzima centralno mesto u svetu fizike, pa fizičari na drugačiji način gledaju na Ajnštajnov kasniji rad i zaostavštinu. Postavljanje teorije o svemu postalo je konačan cilj čitave generacije mladih, ambicioznih naučnika. Objedinjenje, nekada smatrano grobljem karijera vremešnih fizičara, sada je dominantna tema u teorijskoj fizici. Hteo sam da Ajnštajnovom radu u ovoj knjizi pristupim na nov, osvežen način, da njegovu neuništivu zaostavštinu prikažem možda preciznije, kroz jednostavne fizičke slike. Ajnštajnove ideje podstakle su 2

„Tokom poslednjih 30 godina njegovog života...“ Pais, Einstein Lived Here, str. 43.

6

zdls & meteori

današnje revolucionarne nove eksperimente u kosmosu i u naprednim fizičkim laboratorijama i osvetlile put neumornim tragačima za ispunjenjem njegovog najdragocenijeg sna - teorije svega. Čini mi se da bi se Ajnštajnu takav pristup njegovom životu i radu najviše svideo.

7

zdls & meteori

Zahvalnica

Želeo bih da se zahvalim na gostoprimstvu osoblju Univerzitetske biblioteke u Prinstonu u kojoj sam sproveo neka istraživanja za ovu knjigu. Biblioteka čuva kopije svih Ajnštajnovih pisanih radova i deo originalnog materijala. Takođe, zahvaljujem se profesoru V. P. Nairu i Danijelu Grinbergeru iz Siti koledža u Njujorku na trudu uloženom u čitanje mog teksta i na kritičkim i korisnim komentarima. Veoma su mi koristili i razgovori sa Fredom Džeromom koji je sastavio obiman dosije FBI o Ajnštajnu. Zahvalan sam Edvinu Barberu na podršci i podstreku i Džesu Koenu na neprocenjivim uredničkim savetima i izmenama koje su znatno unapredile tekst i usmerile ga. Mnogo dugujem i Stjuartu Kričevskom koji je svih ovih godina promovisao mnoge moje naučne knjige.

8

zdls & meteori

DEO I

SLIKA PRVA I Trka sa zrakom svetlosti

9

zdls & meteori

P O G L A V LJ E 1

Fizika pre Ajnštajna

Novinar je jednom prilikom zamolio Alberta Ajnštajna, najvećeg naučnog genija posle Isaka Njutna, da objasni svoju formulu uspeha. Veliki mislilac je zastao za trenutak i potom odgovorio: „Ako je A uspeh, rekao bih da je formula A = X + Y + Z, gde X označava rad, a Y igru“.3 „Šta označava Z?“ upitao je novinar. ,,Da treba držati jezik za zubima“, glasio je odgovor. Fizičarima, kraljevima, kraljicama i običnim ljudima, Ajnštajn je bio drag zbog svoje čovečnosti, velikodušnosti i smisla za humor, koje je ispoljavao i kada se borio za mir u svetu i kad je istraživao tajne kosmosa. Dok je velikan fizike šetao ulicama Prinstona, čak bi se i deca sjatila da ga vide, a on ih je za uzvrat zasmejavao tako što je mrdao ušima. Ajnštajn je pogotovo voleo da ćaska sa jednim petogodišnjakom koji se pridruživao misliocu u pešačenju do Instituta za napredne studije. Dok su se jednog dana šetali, Ajnštajn je iznenada prasnuo u smeh. Kada je majka upitala dečaka o čemu su to razgovarali, on je odgovorio: „Pitao sam Ajnštajna da li se danas okupao.“ Majka se užasnula, ali je Ajnštajn uzvratio: „Drago mi je da mi neko postavi pitanje na koje umem da odgovorim.“ Fizičar Džeremi Bernstajn je jednom rekao da ,,ko god je lično upoznao Ajnštajna, nije mogao da se otme utisku o plemenitosti ovog čoveka. Kada se govorilo o njemu, uvek se ponavljao epitet 'čovečan', ...jednostavna priroda koju je bilo lako zavoleti.“4 Ajnštajn, podjednako ljubazan prema prosjacima, deci i aristokratiji, takođe je bio velikodušan prema svojim prethodnicima u slavnom hramu nauke. Premda naučnici, kao i svi drugi kreativci, umeju da budu strahovito ljubomorni na svoje suparnike i da upadaju u sitne zađevice, 3 4

„Ako je A uspeh, rekao bih...“: Pais, Einstein Lived Here, str. 152. „Svako ko je lično upoznao...“: French, str. 171.

10

zdls & meteori

Ajnštajn je poreklo ideja koje je zastupao tražio u radovima divova fizike, kao što su Isak Njutn i Džejms Klark Maksvel. Njihovi su portreti bili vidno istaknuti na njegovom stolu i po zidovima. Njutnova teorija mehanike i gravitacije i Maksvelova teorija o svetlosti, činile su dva stuba nauke u osvit dvadesetog stoleća. Gotovo celokupno znanje fizike tog doba, bilo je sadržano u dostignućima ova dva fizičara. Lako je prevideti da pre Njutna nije bilo valjanog objašnjenja za kretanje tela na zemlji i na nebu. Mnogi su verovali da sudbine ljudi određuju zlonamerni duhovi i demoni. O veštičarenju, magiji i praznoverju, vatreno se raspravljalo čak i u najčuvenijim prestonicama znanja u Evropi. Nauka kakvu danas poznajemo, nije postojala. Grčki filozofi i poglavito hrišćanski teolozi, pisali su da se tela kreću zato što su vođena željama i emocijama nalik na ljudske. Prema Aristotelovim sledbenicima, tela u pokretu će napokon usporiti, jer će se „umoriti“. Tela padaju na tlo zato što „čeznu“ da se sjedine sa Zemljom, pisali su. Čovek koji će uvesti red u ovaj haotični svet duhova, po temperamentu i naravi bio je Ajnštajnova suprotnost. Dok je Ajnštajn velikodušno poklanjao svoje vreme i davao jezgrovite izjave za štampu, Njutn je bio poznat po svojoj zatvorenosti i sklonosti ka paranoji. Duboko sumnjičav prema drugima, žestoko se sukobljavao sa ostalim naučnicima oko prevlasti i te su zavade dugo trajale. Njegova ćutljivost bila je legendarna. Dok je bio član britanskog parlamenta, tokom zasedanja 1689-90. godine, zabeleženo je da se samo jednom obratio dostojanstvenom skupu: osetio je promaju i zatražio od vratara da zatvori prozor. Prema biografu Ričardu S. Vestfalu, Njutn je bio „izmučen čovek, krajnje neurotične prirode, koji je uvek, a pogotovo u srednjem dobu, bio na ivici nervnog sloma.“5 Kada je reč o nauci, Njutn i Ajnštajn bili su istinski majstori, po mnogu čemu nalik jedan na drugog. Obojica su mogli opsesivno da provedu nedelje i mesece u vrhunskoj koncentraciji do granice fizičke iscrpljenosti i sloma. Obojica su tajne kosmosa videli kao jednostavne slike.

5

„izmučen čovek, krajnje neurotične prirode...“: Cropper, str. 19.

11

zdls & meteori

Godine 1666, kada je imao dvadeset tri godine, Njutn je rasterao duhove koji su progonili aristotelovski svet, uvodeći novu mehaniku zasnovanu na silama. Njutn je postavio tri zakona kretanja, po kojima se tela kreću zato što ih odbijaju ili privlače sile koje se mogu precizno izmeriti i izraziti jednostavnim jednačinama. Umesto da traći vreme na razmišljanje o željama tela koja se kreću, Njutn je bio u stanju da zbroji sile koje na tela deluju i tako izračuna njihove putanje, počev od lišća koje pada i puhora od maslačka, do topovske đuladi i oblaka. To nisu bila puka akademska razmatranja, jer su omogućila utemeljenje industrijske revolucije, za koje je snaga parnih mašina što pokreću ogromne lokomotive i brodove, stvorila nova carstva. Mostovi, brane i neboderi, mogli su se graditi pouzdanije jer su ljudi bili u stanju da izračunaju opterećenje svake cigle i grede. Pobeda Njutnove teorije beše tako velika, da je on s pravom bio obožavan za života. Aleksandar Poup je uskliknuo: Priroda i zakoni njeni, u tami behu skriveni. Bog reče: „Neka bude Njutn“, i svetlosti bi. Njutn je primenio svoju teoriju sila na čitav kosmos, postavljajući novu teoriju gravitacije. Voleo je da pripoveda o tome kako se vratio na porodično imanje u Vulsdorpu u Linkolnširu pošto je zbog izbijanja epidemije kuge zatvoren univerzitet u Kembridžu. Jednog dana, videvši kako jabuka pada s grane, postavio je sudbonosno pitanje: ako jabuka pada, da li i Mesec pada? Može li sila gravitacije koja deluje na jabuku na Zemlji, biti ista sila koja upravlja kretanjem nebeskih tela? Bila je to jeres, jer se onda pretpostavljalo da planete leže na nepomičnim sferama koje se pokoravaju nebeskim zakonima. A ti su zakoni bili savršeni, nasuprot zakonima greha i iskupljenja koji upravljaju poročnom prirodom čovečanstva. U trenutku spoznaje, Njutn je shvatio da može objediniti zemaljsku i nebesku fiziku u jednu sliku. Sila koja privlači jabuku ka Zemlji, mora da bude ista sila koja doseže do Meseca i vodi ga po njegovoj putanji. Njutn je tako nabasao na novu viziju gravitacije. Zamišljao je kako sedi na vrhu planine i baca kamen. Uvideo je da što snažnije hitne kamen, dalje će ga 12

zdls & meteori

dobaciti. Onda je postavio sudbonosno pitanje: šta će se dogoditi ako baci kamen takvom brzinom da se on nikada ne vrati? Shvatio je da kamen koji neprekidno pada pod uticajem gravitacije ne bi pao na Zemlju, već bi kružio oko nje, vratio se u jednom trenutku do bacača i udario ga u potiljak. Njutn je potom zamenio kamen Mesecom koji neprestano pada, nikada ne dosegnuvši tlo, zato što se poput kamena kreće oko Zemlje po kružnoj orbiti. Mesec ne miruje na nebeskoj sferi, kao što je Crkva mislila, već je u stalnom slobodnom padu, baš kao kamen ili jabuka, vođen silom gravitacije. Bilo je to prvo objašnjenje kretanja u Sunčevom sistemu. Dve decenije kasnije, 1682. godine, čitav London je bio užasnut i oduševljen blistavom kometom koja je svetlela na noćnom nebu. Njutn je pažljivo pratio kretanje komete pomoću reflektujućeg teleskopa (jedan od njegovih izuma), i ustanovio da se ono savršeno slaže sa jednačinama, ako se pretpostavi da je kometa u slobodnom padu i da na nju deluje gravitacija. Uz pomoć astronoma amatera Edmunda Haleja, mogao je tačno predvideti povratak komete (docnije nazvana Halejeva), što je bilo prvo predviđanje o kretanju kometa. Zakoni gravitacije koje je Njutn upotrebio da bi proračunao kretanje Halejeve komete i Meseca, i danas važe - pomoću njih NASA sa zapanjujućom tačnošću dovodi svoje kosmičke sonde do Urana i Neptuna. Sudeći po Njutnu, sile deluju trenutno. Ukoliko bi Sunce iznenada nestalo, Njutn je verovao da bi Zemlja trenutno bila izbačena iz svoje orbite i da bi se zaledila u dubinama prostora. Svako bi u kosmosu tačno znao u kom je trenutku Sunce iščezlo. To znači da je moguće sinhronizovati sve časovnike tako da jednoliko otkucavaju svuda u kosmosu. Sekund na Zemlji traje isto kao sekund na Marsu i Jupiteru. Poput vremena, i prostor je apsolutan. Metar na Zemlji dugačak je isto koliko metar na Marsu i Jupiteru. Ne menja svoju dužinu ni na jednom mestu u kosmosu. Sekundi i metri su, prema tome, isti ma gde se nađemo u prostoru. Njutn je svoje zamisli utemeljio na zdravorazumskom stanovištu o apsolutnom prostoru i vremenu. Po Njutnu, prostor i vreme činili su apsolutni referentni sistem prema kome procenjujemo kretanje svih tela. Kada putujemo vozom, čini nam se da se voz kreće a da je Zemlja nepomična. Međutim, pošto se zagledamo u drveće koje promiče pored 13

zdls & meteori

prozora, možemo promišljati da li voz miruje, a drveće se kreće. Pošto izgleda da se u vozu ništa ne pomera, možemo se zapitati šta se doista kreće, voz ili drveće? Njutn je tvrdio da apsolutni referentni sistem odgovara na ovo pitanje. Njutnovi zakoni opstali su kao temelji fizike čitava dva stoleća. Kada su krajem devetnaestog veka novi pronalasci, poput telegrafa i sijalice, izmenili velike evropske gradove, proučavanje elektriciteta iznedrilo je nov koncept u nauci. Da bi objasnio zagonetne sile elektriciteta i magnetizma, škotski fizičar Džejms Klark Maksvel razvio je tokom šezdesetih godina devetnaestog veka, na Kembričkom univerzitetu, teoriju svetlosti koja nije imala uporište u Njutnovim silama, već u novom konceptu nazvanom polja. Ajnštajn je pisao da je koncept polja „najdublji i najplodniji koji je fizika videla posle Njutna“.6 Polja možemo uočiti ako nanesemo opiljke gvožda na list papira. Ukoliko postavimo magnet ispod papira opiljci će se, kao čarolijom, rasporediti po mreži nalik na paukovu, s linijama koje vode od severnog do južnog magnetnog pola. Svaki magnet je, dakle, okružen magnetnim poljem - nevidljivim nizom linija sila koje prožimaju čitav prostor. Elektricitet takođe stvara polja. Na sajmovima nauke, deca se smeju kada dodirnu izvor statičkog elektriciteta a kosa im se nakostreši. Vlasi kose prate nevidljive linije električnog polja koje proishode iz izvora elektriciteta. Opisana polja su sasvim drugačija od sila koje je uveo Njutn. Sile, govorio je Njutn, deluju trenutno u čitavom prostoru, pa bi se poremećaj u nekom delu kosmosa trenutno osetio u čitavom kosmosu. Po Maksvelovom izvanrednom opažanju, magnetno i električno delovanje ne putuju trenutno, kao Njutnove sile, već se kreću konačnom brzinom. Njegov biograf, Martin Goldman, pisao je kako je „ideja o vremenu koje treba da prođe da bi se osetilo dejstvo magneta... Maksvela pogodila kao grom iz vedra neba.“7 Maksvel je slikovito pokazao da će, protresemo li magnet, proteći vreme dok se opiljci gvožđa ne pomere. Zamislite paukovu mrežu koja treperi na vetru. Kada vetar poremeti deo mreže, talas se širi čitavom mrežom. Za razliku od sila, vibracije po paukovim mrežama i poljima putuju konačnom brzinom. Maksvel je 6 7

„najdublji i najplodniji koje je fizika videla...“: Ibid., str. 173. „ideja o vremenu koje treba da prođe da bi se osetilo dejstvo magneta...“: Ibid., str. 163.

14

zdls & meteori

odlučio da izračuna brzine magnetnog i električnog delovanja. U jednom od najvećih prodora u nauci iz devetnaestog veka, upotrebio je ovu zamisao da otkrije tajnu svetlosti. Iz pređašnjeg rada Majkla Faradeja i drugih naučnika, Maksvel je znao da magnetno polje koje se kreće može da proizvede električno polje, i obrnuto. Generatori i motori, zaslužni za elektrifikaciju sveta u kome živimo, direktna su posledica ove dvojnosti. (Ovo načelo se koristi i za rad električnih uređaja u našim domovima. Voda koja pada s vrha brane okreće lopaticu turbine, a ona okreće magnet. Pokretno magnetno polje goni elektrone u žicama i oni naponskim vodovima putuju sve do utičnica u našim sobama. Na sličan način elektricitet iz utičnica stvara magnetno polje u električnom usisivaču koje prisiljava motor da se vrti.) Zahvaljujući Maksvelovoj genijalnosti, dva efekta su objedinjena. Ako promenljivo magnetno polje može da stvori električno polje i obrnuto, možda bi oba polja mogla da sačine ciklično kretanje u kome se električno i magnetno polje neprestano pretvaraju jedno u drugo. Maksvel je brzo uvideo da bi ova naizmeničnost mogla da napravi pokretnu kompoziciju električnih i magnetnih polja koja trepere u skladu, pretvarajući se jedno u drugo u beskonačnom talasu. Potom je izračunao brzinu ovog talasa. Na svoje zaprepašćenje, iznašao je da je brzina talasa ravna brzini svetlosti. Zatim je izrekao možda najsmeliju tvrdnju u devetnaestom veku: to jeste svetlost. Maksvel je proročki obznanio svojim kolegama: „Ne možemo izbeći zaključak da se svetlost sastoji od transverzalnih talasa u istoj sredini koja uzrokuje električne i magnetne pojave. „8 Nakon istrajnog razmišljanja o prirodi svetlosti koje je trajalo milenijumima, naučnici su najzad razumeli njene najdublje tajne. Nasuprot Njutnovim silama čije je dejstvo bilo trenutno, polja su putovala konačnom brzinom - brzinom svetlosti. Maksvelov rad sažet je u osam komplikovanih parcijalnih diferencijalnih jednačina (poznatih kao „Maksvelove jednačine“), koje već sto pedeset godina svaki elektroinženjer i fizičar neizostavno uči napamet. Od nedavno se može kupiti majica koja u punom sjaju

8

„Teško da možemo izbeći zaključak ...“: Ibid., str. 164.

15

zdls & meteori

predstavlja svih osam jednačina. Prethodi im napis ,,U početku, Bog reče...“ a nakon jednačina dolazi „... i bi svetlost.“ Do kraja devetnaestog veka, eksperimentalne potvrde Njutnove i Maksvelove teorije bile su tako uspešne, da su neki fizičari sa sigurnošću predviđali kako su Njutn i Maksvel odgovorili na sva pitanja o kosmosu koje je vredelo postaviti. Kada je Maks Plank (začetnik kvantne teorije) upitao svog tutora da li da postane fizičar, dobio je odgovor da se okuša na nekom drugom polju, jer je fizika u osnovi dovršena nauka. Nema ničeg novog što se može otkriti, dodao je. Ove reči ponovio je i lord Kelvin, veliki fizičar devetnaestog veka, proglasivši da je fizika u biti celovita, osim nekoliko oblačaka na horizontu koji nisu mogli biti objašnjeni. Nedostaci Njutnovog sveta svake su godine bivali sve očitiji. Otkriće radioaktivnosti i rad Marije Kiri na izdvajanju radijuma, uzdrmali su naučni svet i privukli pažnju javnosti. Čak i stotinak grama ove retke, svetlucave supstance, moglo je da osvetli zamračenu prostoriju. Marija Kiri je pokazala da naizgled neograničene količine energije mogu proisteći iz nepoznatih izvora duboko unutar atoma, uprkos zakonu o održanju energije po kome energija ne može biti stvorena niti uništena. Ovi „oblačići“ uskoro će pokrenuti dve najveće revolucije dvadesetog veka, teoriju relativnosti i kvantnu teoriju. Zbunjivalo je to što je propao svaki pokušaj da se objedine Njutnova mehanika i Maksvelova teorija. Ova potonja je potvrdila da je svetlost talas, ali je ostavila otvoreno pitanje šta je prostiranje talasa. Naučnici su znali da se svetlost može prostirati u vakuumu (to jest putovati stotinama miliona svetlosnih godina kroz vakuum kosmosa), ali pošto je vakuum definisan kao „ništa“, iz toga proishodi paradoks da su i talasi ništa! Njutnova fizika je pokušala da odgovori na ovo pitanje; uveden je postulat po kome se svetlost sastoji od talasa koji osciluju u nevidljivom „eteru“, nepomičnom gasu što ispunjava kosmos. Smatralo se da je eter apsolutni referentni sistem prema kome se mere sve brzine. Pošto se Zemlja okreće oko Sunca, a Sunce oko centra galaksije, skeptik bi mogao da kaže kako je nemoguće ustanoviti šta se zaista kreće. Njutnovi sledbenici su na ovu primedbu tvrdili da se Sunčev sistem kreće u

16

zdls & meteori

odnosu na statični eter, tako da se može razabrati koje se telo odista kreće. Međutim, eter je počeo da poprima sve čudnovatija svojstva. Fizičari su, na primer, znali da se talasi kreću brže u gušćoj sredini. Zvuk putuje brže u vodi nego u vazduhu. Pošto svetlost putuje nezamislivom brzinom (300.000 kilometara u sekundi), to znači da eter mora biti izvanredno gust kako bi provodio svetlost. Ali, kako je to moglo da bude tačno, kada se pretpostavljalo da je eter ređi od vazduha? S vremenom je eter postao gotovo mistična supstanca: bio je u apsolutnom mirovanju, bez težine, nevidljiv, s viskoznošću ravnoj nuli, pa ipak jači od čelika i neprimetan za bilo koji instrument. Počev od 1900. godine, nedostatke Njutnove mehanike bilo je sve teže objasniti. Svet je bio spreman za revoluciju, ali ko će je povesti? Premda su mnogi fizičari bili svesni pukotina u teoriji etera, stidljivo su pokušavali da ih popune po Njutnovom uzorku obrasca. Pošto nije imao šta da izgubi, Ajnštajn je napao samu srž problema i primetio da su Njutnove sile i Maksvelova polja međusobno nekompatibilni. Jedan od dva stuba nauke mora da padne. Kada jedan stub konačno bude pao, preinačiće se više od dve stotina godina fizike i to će dovesti do revolucije u spoznaji kosmosa i svesti o samoj stvarnosti. Njutnovu fiziku srušiće Ajnštajn pomoću slike koju i dete može da razume.

17

zdls & meteori

P O G L A V LJ E 2

Rane godine

Čovek koji će za svagda izmeniti naše poimanje kosmosa, rođen je 14. marta 1879. godine u gradiću Ulm u Nemačkoj. Hermana i Paulinu Koh Ajnštajn uznemirilo je saznanje da glava njihovog sina ima nepravilan oblik i strepeli su da nije mentalno bolestan. Ajnštajnovi roditelji pripadali su srednjem sloju sekularnih Jevreja. Borili su se da obezbede opstanak sve brojnijoj porodici. Paulina je bila kćer prilično bogatog čoveka. Njen otac, Julijus Derzbaher (kasnije je promenio prezime u Koh), stekao je imetak tako što je napustio posao pekara i postao trgovac žitaricama. U porodici Ajnštajn, Paulina se izdvajala po tome što je cenila umetnost i kulturu. Nastojala je da njena deca pohađaju časove muzike i u mladom Albertu probudila je istrajnu ljubav prema violini. Za razliku od svog tasta, Herman Ajnštajn nije imao blistavu karijeru i najpre se okušao u prodaji madraca. Njegov brat Jakov uverio ga je da se okrene novoj elektrohemijskoj industriji. Faradejevi, Maksvelovi i Edisonovi izumi koristili su snagu elektriciteta i osvetljavali gradove širom sveta, pa je Herman video šansu u izgradnji generatora i električnih svetiljki. Ispostaviće se da je ovaj posao nepouzdan, pošto je porodica povremeno zapadala u novčane krize i bankrote. Zbog toga su se selili nekoliko puta tokom Albertovog detinjstva, najpre u Minhen, godinu dana nakon njegovog rođenja. Mali Ajnštajn je progovorio toliko kasno da su njegovi roditelji strahovali da nije retardiran. Kada je konačno počeo da priča, izgovarao je čitave rečenice. Međutim, čak i s devet godina nije sasvim dobro govorio. Albert je imao dve godine mlađu sestru Maju (Alberta je iznenadila prinova u kući. Jedna od njegovih prvih rečenica bila je: „Ali, gde su točkići?“). Maji nije bilo lako zbog Albertove ružne navike da je

18

zdls & meteori

gađa u glavu onim što dohvati. Kasnije se prisećala: „Sestra naučnika treba da ima tvrdu glavu.“9 Nasuprot raširenom verovanju, Ajnštajn je bio dobar učenik u školi, ali samo u onim oblastima koje su ga interesovale, kao što su matematika i prirodne nauke. Nemački školski sistem tražio je od učenika da daju kratke odgovore i da uče napamet. U protivnom, kazna je bila udaranje packi. Mladi Albert je govorio sporo, oklevajući i pažljivo birajući reči. Daleko od toga da je bio savršen učenik - nije mu prijao autoritarni sistem koji je gušio kreativnost i maštu, svodeći školovanje na dosadna predavanja. Kada je njegov otac upitao upravitelja škole koje bi zanimanje Albert trebalo da odabere, dobio je odgovor: „Svejedno je. Neće uspeti ni u jednom poslu.“10 Ajnštajnove osobenosti ispoljile su se još u ranom detinjstvu. Bio je sanjar, često bi se zaneo čitanjem. Školski drugovi u šali su ga zvali Biedermeier, što bi u slobodnom prevodu značilo „zaluđenik“. Jedan prijatelj se prisećao tog vremena: „Deca u školi su mislila da je Ajnštajn čudak jer nimalo nije mario za sport. Nastavnici su smatrali da nije naročito bistar pošto nije uspevao da nauči lekcije napamet i zato što se ponašao čudno.“11 U desetoj godini, Ajnštajna su upisali u gimnaziju Luitpold u Minhenu. Tamo mu je najstrašnije muke zadavalo učenje klasičnog grčkog. Sedeo bi na stolici sa ispraznim osmehom iza kojeg je prikrivao dosadu. Nastavnik grčkog u sedmom razredu, Jozef Degenhart, rekao mu je jednom prilikom da bi najbolje bilo kad uopšte ne bi prisustvovao času. Kad se Ajnštajn pobunio rekavši da nije učinio ništa loše, nastavnik je otvoreno odgovorio: „Tačno. Vi samo sedite u zadnjoj klupi i smeškate se, a time ne ukazujete poštovanje koje nastavnik očekuje od učenika.“12 Čak i decenijama kasnije, Ajnštajn se s gorčinom osvrtao na ožiljke koje su mu nanele te autoritarne metode: „Gotovo da je ravno čudu što savremene metode podučavanja nisu sasvim ugušile dečju radoznalost; osim podstreka, toj tananoj biljčici najviše treba slobode.“13

„Sestra naučnika treba da...“: Brian, str. 3. „Svejedno je...“: Clark, str. 27. 11 „Deca u školi su mislila da je Ajnštajn čudak...“: Brian, str. 3. 12 ,,Da, istina je...“: Pais, Subtle Is the Lord, str. 38. 13 „Gotovo da je ravno čudu...“: Cropper, str. 205. 9

10

19

zdls & meteori

Ajnštajn je rano pokazao zanimanje za nauku. To je počelo kad se upoznao s magnetizmom, koji je nazvao svojim „prvim čudom“. Nakon što je dobio kompas od oca, neprestano ga je oduševljavala činjenica da nevidljive sile mogu izazvati kretanje objekta. S toplinom se sećao: „Divljenje koje sam ja osetio s četiri ili pet godina kad mi je otac poklonio kompas... i dan-danas pamtim... to je iskustvo ostavilo dubok i trajan utisak na mene. Iza tih stvari moralo je biti nešto duboko zatomljeno.“14 Kad mu je bilo otprilike jedanaest godina, njegov život je krenuo neočekivanim tokom; postao je vrlo pobožan. Njegov daleki rođak dolazio je da ga poučava jevrejskoj veri koju je Ajnštajn prigrlio sa začuđujućim žarom, gotovo fanatično. Odbijao je da jede svinjetinu, i čak je napisao nekoliko pesama u slavu Boga koje je pevao na putu do škole. Ovaj period snažne predanosti veri nije potrajao. Što je dublje zalazio u versku doktrinu, to je više uviđao da se svet nauke i svet religije sukobljavaju, te da mnoga čuda opisana u verskim spisima narušavaju naučne zakonitosti. „Čitajući popularne knjige, ubrzo sam se uverio da većina onoga što piše u Bibliji ne može biti istina“,15 zaključio je. Religiju je napustio isto tako naglo kao što ju je prigrlio. Ipak, taj period verskog zanosa snažno će uticati na njegove kasnije poglede. Odričući se religije, prvi put je odbacio nekritički autoritet, a takav stav je bilo jedno od obeležja njegove ličnosti koje nije menjao do kraja života. Ajnštajn nikada više nije bespogovorno prihvatio nijedan autoritet kao konačan. Zaključio je da se verska načela iz Biblije ne mogu pomiriti s naukom, smatrao je da u kosmosu postoje čitavi svetovi koje nauka ne može dosegnuti, i da treba imati duboko razumevanje za ograničenost nauke i ljudskog saznanja. Zanimanje mladog Ajnštajna za kompase, nauku i religiju ugasilo bi se da nije imao brižnog mentora koji je izbrusio njegove ideje. Godine 1889, siromašni Poljak Maks Talmud studirao je medicinu u Minhenu i jednom nedeljno večerao je u Ajnštajnovoj kući. Talmud je predočio Ajnštajnu čudesan svet nauke, tako različit od suvoparnog, prostog memorisanja kojim su bili ispunjeni njegovi časovi. Godinama kasnije, 14 15

„Takvo divljenje koje sam ja osetio...“: Schilpp, str. 9. „Čitajući popularne knjige...“: Ibid., str. 5.

20

zdls & meteori

Talmud je iskreno pisao: „Tokom svih tih godina, nikad ga nisam video da čita beletristiku. Niti sam ga ikad zatekao u društvu drugova iz škole ili njegovih vršnjaka. Jedino ga je još zanimala muzika, već tad je umeo da svira Mocartove i Betovenove sonate dok bi ga majka pratila na klaviru.“16 Talmud je Ajnštajnu davao knjige iz geometrije, koje je ovaj danonoćno gutao. Ajnštajn je to nazvao svojim „drugim čudom“. Zapisao je: ,,U dvanaestoj godini susreo sam posve drugačije čudo: u knjižici sa euklidovskom ravanskom geometrijom.“17 Nazvao ju je svojom „svetom knjigom iz geometrije“, i ona je postala njegova nova Biblija. Tu se Ajnštajn najzad susreo s carstvom čiste misli. Bez skupih laboratorija ili opreme, bio je u stanju da istraži univerzalnu istinu, omeđenu jedino snagom ljudskog uma. Po rečima njegove sestre Maje, matematika je Albertu postala nepresušni izvor zadovoljstva, naročito kad bi naišao na primamljive zagonetke i probleme. Hvalio se sestri da je otkrio nezavisan dokaz Pitagorine teoreme o pravouglim trouglovima. Ajnštajn je čitao i drugu matematičku literaturu; na kraju je sam sebe podučavao iz algebre, čime je zadivio svog tutora. Talmud je priznao: „Uskoro se njegov matematički genije vinuo tako visoko da ga više nisam mogao pratiti... Stoga smo najčešće razgovarali o filozofiji. Preporučio sam mu da čita Kanta.“18 Iz Talmudovog predočavanja sveta Imanuela Kanta i njegove Kritike čistoga uma, iznedrilo se Ajnštajnovo doživotno zanimanje za filozofiju. Počeo je da postavlja večita pitanja s kojima su se suočili svi filozofi - o poreklu etike, postojanju Boga i prirodi ratova. Naročito je Kant imao nesvakidašnje nazore, čak je doveo u sumnju i postojanje Boga. Ismevao je pompezni svet klasične filozofije ,,u kome uglavnom mnogo duva“. (Ili, prema rečima rimskog govornika Cicerona, ,,ne postoji ništa toliko apsurdno što neki filozof već nije rekao“) Kant je takođe pisao kako je formiranje svetske vlade način da se okončaju ratovi, a taj stav je Ajnštajn zauzimao do kraja života. Ajnštajna su toliko dirnule Kantove ideje, da je u jednom trenutku pomišljao da postane filozof. Njegov otac, koji je želeo da mu sin izabere praktičnije zanimanje, odbacio je tu ideju kao „filozofsku glupost“.19 „Tokom svih tih godina nikada nisam...“: Pais, Subtle Is the Lord, str. 38. ,,S 12 godina...“: Schilpp, str. 9. 18 „Uskoro se njegov matematički genije...“: Sugimoto, str. 14. 19 „filozofsku glupost...“: Brian, str. 7. 16 17

21

zdls & meteori

Posao njegovog oca u elektrohemijskoj industriji za Ajnštajna je bila srećna okolnost jer je oko fabrike uvek bila gomila električnih generatora, motora i drugih uređaja koji su hranili njegovu radoznalost i podgrevali zanimanje za nauku. (Herman Ajnštajn je sa svojim bratom Jakovom radio na sklapanju ugovora za jedan ambiciozan projekat elektrifikaciju centra Minhena. Herman je sanjao o tome da bude na čelu tog istorijskog poduhvata. Ako bi ostvario projekat, to bi njegovoj porodici donelo finansijsku stabilnost, a njegova elektrana bi se razvila.) To što je bio okružen ogromnim elektromagnetskim napravama, Ajnštajnu je bez sumnje pomoglo da probudi intuitivno razumevanje elektriciteta i magnetizma. To je pre svega izbrusilo njegov izvanredan dar da osmisli fizičke slike koje bi s neprikosnovenom tačnošću opisale prirodne zakonitosti. Dok su se ostali naučnici zakopavali u nerazumljivu matematiku, Ajnštajn je zakone fizike video jasno, kao da su jednostavne slike. Možda mu je u tome upravo pomoglo to srećno vreme kad je mogao da gleda uređaje oko očeve fabrike i da saznaje zakone elektriciteta i magnetizma. Ova njegova sposobnost da sve vidi kao jednostavne slike, postaće jedno od najvećih Ajnštajnovih obeležja. S petnaest godina, Ajnštajnovo obrazovanje prekinuo je jedan od povremenih porodičnih problema s finansijama. Darežljivi Herman uvek je pomagao onima koji su imali novčanih neprilika; za razliku od većine poslovnih ljudi, nije bio tvrdica. (Takva darežljivost bila je svojstvena i Ajnštajnu.) Pošto nije uspeo da zaključi posao sa osvetljavanjem Minhena, njegova kompanija je otišla pod stečaj. Paulinina bogata porodica koja je u to vreme živela u Đenovi, ponudila je da pomogne Hermanu tako što bi poduprla osnivanje nove kompanije. Ipak, postojala je začkoljica. Insistirali su da se porodica Ajnštajn preseli u Italiju (delimično i da bi zauzdavali njegovu preteranu darežljivost). Porodica se preselila u Milano, i tako bila blizu nove fabrike u Paviji. Ne želeći da ponovo prekida sinovljevo školovanje, Herman je ostavio Alberta u Minhenu, kod daljih rođaka. Albert je bio nesrećan tako sam, zarobljen u internatu koji je prezirao i suočen s predstojećim služenjem vojnog roka u strašnoj pruskoj vojsci. Nastavnici ga nisu voleli, a ni on njih. Bilo je očigledno da mu preti izbacivanje iz škole. Ajnštajn je iznenada odlučio da se pridruži svojoj porodici. Dogovorio se s porodičnim lekarom da mu napiše opravdanje 22

zdls & meteori

za školu, tvrdeći da će verovatno doživeti nervni slom ako ne bude sa svojom porodicom. Potom se sam uputio u Italiju, i priredio svojima iznenađenje kad se potpuno neočekivano pojavio. Herman i Paulina nisu znali šta da urade sa svojim sinom, koji je izbegavao vojnu obavezu, napustio srednju školu i ostao bez profesije i budućnosti. Dugo bi se prepirao sa ocem koji je želeo da njegov sin stekne praktično zanimanje, poput inženjera elektrotehnike. Albert je više voleo da bude filozof. Na kraju su pronašli solomonsko rešenje i Ajnštajn je izjavio da će pohađati čuvenu Politehničku školu u Cirihu, premda je bio dve godine mladi od većine učenika koji su polagali prijemni ispit. Prednost te ustanove bila je u tome što nije zahtevala diplomu srednje škole, već samo prelaznu ocenu na teškom prijemnom ispitu. Nažalost, Ajnštajn je pao na prijemnom. Nije položio delove iz francuskog, hemije i biologije, ali je izvrsno uradio zadatke iz matematike i fizike, što je zadivilo upravitelja Albina Hercoga, pa mu je obećao da će biti primljen u školu sledeće godine i da neće morati ponovo da polaže taj težak ispit. Šef katedre za fiziku, Hajnrih Veber, ponudio je da Ajnštajn pohađa njegova predavanja kad je u Cirihu. Hercog je predložio da Ajnštajn provede prvu godinu u srednjoj školi u gradiću Arau, udaljenom pola sata od Ciriha. Tamo je Ajnštajn postao podstanar u domu upravitelja gimnazije Josta Vintelera, čime je počelo veliko prijateljstvo između ove dve porodice. (Maja će se kasnije udati za Vintelerovog sina Paula, a Ajnštajnov prijatelj Mikele Beso oženiće se Anom, Vintelerovom najstarijom kćerkom.) Ajnštajn je uživao u opuštenoj, nesputanoj atmosferi u školi. Ovde je učio koliko-toliko bez stega opresivnih, autoritarnih pravila nemačkog školstva. Uživao je u ljubaznosti Švajcaraca koji su negovali toleranciju i nezavisan duh. Ajnštajn se s ljubavlju prisećao: „Voleo sam Švajcarce pre svega zato što su bili mnogo humaniji od drugih ljudi među kojima sam živeo.“20 Sećajući se svih loših uspomena tokom godina provedenih u nemačkim školama, odlučio je da se odrekne nemačkog državljanstva, što je bio nesvakidašnji korak za jednog momčića. U narednih pet godina bio je apatrid (sve dok nije dobio švajcarsko državljanstvo).

20

„Volim Švajcarce...“: Clark, str. 65.

23

zdls & meteori

Albert je cvetao u ovoj slobodnijoj atmosferi. Prestao je da bude stidljiv, nervozan i povučen samotnjak, i sve više se družio i izlazio, lako je zapodevao razgovor i sklapao prijateljstva. Naročito je Maja počela da opaža promene na svom starijem bratu dok je sazrevao. Ajnštajnova ličnost je prošla kroz nekoliko različitih perioda tokom njegovog života, a u prvom je bio povučeni dečačić zadubljen u knjige. U Italiji, a naročito u Švajcarskoj, ušao je u drugi period: samouveren boem, uvek pun mudrih dosetki. Uveseljavao je ljude vickastim igrama rečima. Ništa mu nije tako prijalo kao pričanje besmislenog vica od kojeg bi se njegovi prijatelji prevrtali od smeha. Neki su ga prozvali „veseli Švaba“. Kolega sa studija, Hans Biland, pričao je o Ajnštajnu: „Njegova superiorna priroda pokorila bi svakoga ko bi mu se našao u blizini. Podrugljiv osmeh koji mu je titrao oko punih usana, nije ohrabrivao sitničave da se kače s njim. Nesputan konvencionalnim zabranama, suprotstavljao se svetu kao nasmejani filozof, a njegov duhovit sarkazam bez milosti se obrušavao na taštinu i izveštačenost.“21 „Nasmejani filozof“ je počeo da stiče popularnost i kod devojaka. Uglavnom je bio duhovito dvosmislen, ali devojke su smatrale i da je nežan, saosećajan i da mu se mogu poveriti. Jedna prijateljica zamolila ga je da je posavetuje o vezi s njenim mladićem. Druga ga je zamolila da se upiše u njen spomenar, a on je naškrabao besmislene stihove. Mnogima se dopao i zato što je svirao violinu, pa je bio rado viđen gost na večernjim zabavama. Pisma iz tog vremena ukazuju na njegovu popularnost kod mladih dama kojima je za sviranje na klaviru bio potreban pratilac na violini. „Mnoge mlade, ali i ne tako mlade dame, očaralo je njegovo sviranje i njegov izgled koji je više pristajao strastvenom latinskom virtuozu nego hladnom studentu prirodnih nauka“,22 zabeležio je njegov biograf Albreht Folsing. Jedna devojka je osobito privukla njegovu pažnju. Sa samo šesnaest godina, Ajnštajn se strasno zaljubio u dve godine stariju Mari, jednu od kćeri Josta Vintelera. (Sve važne žene u Ajnštajnovom životu biće starije od njega, a takvu sklonost imaće i oba njegova sina.) Ljubazna, osećajna i talentovana, Mari je želela da predaje, budući da je i njen otac bio 21 22

„Njegova superiorna priroda pokorila bi svakoga...“: Folsing, str. 39. „Mnoge mlade, ali i ne tako mlade, dame...“: Ibid., str. 44.

24

zdls & meteori

nastavnik. Albert i Mari su odlazili u duge šetnje, često posmatrajući ptice, što je bio omiljeni hobi porodice Vinteler. On ju je pratio na violini dok je svirala klavir. Albert joj je izjavio istinsku ljubav: „Voljena draga... Moram, anđele moj, da naučim pravo značenje reči nostalgija i čežnja. Ali ljubav pruža mnogo više sreće nego što čežnja nanosi bol. Tek sada shvatam koliko je moje malo sunce važno za moju sreću.“23 Mari je Albertu uzvratila ljubav i čak je napisala pismo njegovoj majci koja je odobrila njihovu vezu. Vintelerovi i Ajnštajnovi su od zaljubljenog para očekivali najavu venčanja. Mari je, međutim, osećala da nije dorasla svom voljenom u razgovorima o nauci i mislila je da bi to mogao da bude problem u vezi sa tako pametnim momkom. Uvidela je da bi za Ajnštajnovu naklonost morala da se bori s njegovom prvom pravom ljubavi - fizikom. Ajnštajnovu pažnju nije obuzimala samo sve jača ljubav prema Mari, već i oduševljenje misterijama svetlosti i elektriciteta. U leto 1895. godine, napisao je esej o svetlosti i eteru pod nazivom „Istraživanje prirode etera u magnetnom polju“, i poslao ga svom omiljenom ujaku, Cezaru Kohu, u Belgiju. U svom prvom naučnom radu, na samo pet strana, Ajnštajn se zapitao da li bi magnetizam, tajanstvena sila koja ga je opčinjavala dok je bio dete, mogao da bude neka vrsta poremećaja u eteru. Mnogo godina ranije, Talmud je Ajnštajnu pokazao delo Arona Bernštajna, Popularne knjige o prirodnim naukama. Ajnštajn će kasnije napisati da je ta knjiga „delo koje pročitah u dahu“.24 Ovo štivo će imati presudan uticaj na njega, zato što je autor obuhvatio i diskusiju o tajnama elektriciteta. Bernštajn je pozvao čitaoca na zamišljenu vožnju unutar telegrafske žice, u kojoj bi se nezamislivim brzinama utrkivao sa električnim signalom. Kada je imao šesnaest godina, Ajnštajn je maštao o nečemu što će ga dovesti na prag otkrića koje će izmeniti tok istorije. Prisećajući se trke iz Bernštajnove knjige, Ajnštajn je zamislio kako trči uporedo sa zrakom svetlosti i postavio ključno pitanje: kako bi tada izgledao svetlosni zrak? Kao što je i Njutn zamišljao da baca kamen sve dok on ne počne poput Meseca da obilazi oko Zemlje, Ajnštajnov pokušaj da zamisli takav zrak svetlosti dovešće do dalekosežnih i iznenađujućih otkrića. 23 24

„Voljena draga...“: Brian, str. 12; Folsing, str. 42. „delo koje pročitah u dahu.“: Schilpp, str. 15.

25

zdls & meteori

U njutnovskom svetu, sve možete da sustignete ako se krećete dovoljno brzo. Automobil, na primer, može da se kreće uporedo sa vozom. Ako pogledate kroz prozore vagona, videćete putnike kako čitaju novine i ispijaju kafu, kao da sede u svojim dnevnim sobama. Iako jure velikom brzinom, izgledaju kao da su u stanju potpunog mirovanja, dok se vozimo paralelno s njima u automobilu, istom tom brzinom. Zamislite policijska kola koja pokušavaju da sustignu drugi automobil. Dok policijski auto ubrzava i približava se prekršiocu, policajac može da pogleda kroz prozor svog automobila i mahne vozaču, naređujući mu da stane. Dok se kreću naporedo, policajcu se čini da je vozač u drugom automobilu u stanju mirovanja, iako se obojica možda kreću brže od 150 km/h. Fizičari su znali da se svetlost sastoji od talasa, pa je Ajnštajn zaključio da bi zrak svetlosti morao da izgleda kao da je u potpunom mirovanju, ukoliko istom brzinom trčite pored njega. To znači da bi zrak svetlosti, onako kako ga vidi trkač, izgledao kao zamrznuti talas ili kao fotografija talasa na kojoj sve miruje. Takav talas ne bi oscilovao tokom vremena. Mladom Ajnštajnu se takvo saznanje učinilo besmislenim. Niko nigde nije video zamrznuti talas; nije bilo takvog opisa u naučnoj literaturi. Svetlost je za Ajnštajna bila nešto posebno. Ne možete da sustignete zrak svetlosti. Zamrznuta svetlost ne postoji. Mada to onda nije shvatao, slučajno je nabasao na jedno od najvećih naučnih opažanja veka, koje je vodilo do principa relativnosti. Kasnije je napisao da je „takav princip proizašao iz paradoksa koji sam uočio još kad mi je bilo šesnaest godina: ako jurim uporedo sa zrakom svetlosti brzinom c (oznaka brzine svetlosti u vakuumu), onda bi trebalo da takav zrak vidim... u mirovanju. Međutim, izgleda da tako nešto nije moguće, sudeći po zdravom razumu ili na osnovu Maksvelovih jednačina.“25 Upravo ga je ta njegova sposobnost da izdvoji ključna načela u osnovi svakog fenomena i usredsredi se na suštinsku sliku predodredila za vođu naučne revolucije. Za razliku od manje darovitih naučnika koji su se često gubili u matematici, Ajnštajn je razmišljao u vidu jednostavnih slika iz fizičkog sveta - vozovi koji ubrzavaju, liftovi koji padaju, rakete, satovi u pokretu... Ove slike će ga nepogrešivo voditi ka 25

„takav princip proizašao iz paradoksa koji sam...“: Ibid., str. 53.

26

zdls & meteori

najvećim zamislima dvadesetog veka. Pisao je da ,,sve fizičke teorije, bez obzira na svoje matematičke formule, treba da teže jednostavnom opisu.“26 U jesen 1895. godine, Ajnštajn se napokon upisao na Politehničku školu, čime je započeo nov period u njegovom životu. Mislio je kako će se po prvi put sresti s novim dostignućima u fizici, o kojima se već raspravljalo širom Evrope. Znao je da su u svetu fizike duvali vetrovi promena. Izvođeno je mnoštvo novih eksperimenata koji se nisu slagali s Njutnovim zakonima i zakonima klasične fizike. Na Politehničkoj školi, Ajnštajn je želeo da nauči nove teorije o svetlosti, pogotovo Maksvelove jednačine, za koje je kasnije pisao da su bile „najuzbudljivija tema“27 tokom studiranja. Kada je konačno naučio Maksvelove jednačine, mogao je da odgovori na pitanje koje mu je stalno bilo na umu. Kao što je i pretpostavljao, ustanovio je da ne postoji rešenje Maksvelovih jednačina za svetlost koja je zaustavljena u vremenu. Onda je saznao još više od toga. Na sopstveno iznenađenje, otkrio je da po Maksvelovoj teoriji svetlosni zraci uvek putuju istom brzinom, bez obzira na to koliko brzo se posmatrač kreće. Ovo je najzad bio konačan odgovor na zagonetku: nikada ne možete da sustignete svetlosni zrak, zato što se on uvek udaljava od vas istom brzinom. Ovo saznanje je, međutim, bilo protivno svemu što je Ajnštajnu zdrav razum govorio o svetu koji ga okružuje. Trebaće mu još nekoliko godina da razreši paradokse koji su proishodili iz ključnog opažanja - da svetlost uvek putuje istom brzinom. Ta revolucionarna vremena tražila su revolucionarne teorije i odvažne vođe. Nažalost, Ajnštajn nije takve vođe našao na Politehničkoj školi. Njegovi profesori su se čvrsto držali klasične fizike, što je primoralo Ajnštajna da proredi odlaske na predavanja i većinu vremena provodi u laboratoriji ili u osami, proučavajući nove teorije. Profesori su njegova česta odsustvovanja s predavanja tumačili kao nepopravljivu lenjost i tako ga još jednom potcenili. Hajnriha Vebera, profesora fizike na Politehničkoj školi, impresionirao je Ajnštajn. Nakon Ajnštajnovog neuspeha na prijemnom ispitu, ponudio mu je da pohađa njegova predavanja. Čak mu je i obećao 26 27

,,sve fizičke teorije, bez obzira na njihove matematičke formule ...“: Calaprice, str. 261. „najuzbudljivija tema tokom...“: Clark, str. 55.

27

zdls & meteori

posao asistenta, nakon diplomiranja. S vremenom je Veberu počela da smeta Ajnštajnova nestrpljivost i nepoštovanje autoriteta. Napokon je prestao da podržava Alberta, govoreći: ,,Vi ste pametan mladić, Ajnštajne, veoma pametan. Ali, imate jednu veliku manu - ne dopuštate da vam se bilo šta prigovori.“28 Profesor fizike Žan Perne takođe nije voleo Ajnštajna. Strašno se uvredio kada je jednom prilikom Ajnštajn bacio Perneov priručnik za laboratorijske vežbe u smeće, a da ga nije ni prelistao. Perneov asistent je branio Ajnštajna, tvrdeći da su njegova rešenja, premda neuobičajena, uvek bila tačna. Perne se ipak suprotstavio Ajnštajnu: ,,Vi ste entuzijasta, ali za vas nema nade u fizici. Za sopstveno dobro, predite da studirate nešto drugo, na primer medicinu, književnost ili možda prava.“29 Pošto je Ajnštajn pocepao priručnik za laboratorijske vežbe, jednom prilikom je nehotično izazvao eksploziju u kojoj mu je desna ruka ozbiljno povređena i na ranu su morale da se stave kopče. Njegovi odnosi sa Perneom su se do te mere pogoršali, da mu je ovaj dao najnižu ocenu. Profesor matematike Herman Minkovski je čak Ajnštajna nazvao „lenjivcem“. Za razliku od prezira koji su prema njemu osećali profesori, Ajnštajnovi prijatelji koje je stekao u Cirihu bili su mu odani čitavog života. Te godine je sa njim fiziku slušalo samo pet studenata i Ajnštajn ih je sve dobro upoznao. Jedan je bio Marsel Grosman, student matematike, koji je vodio duge i precizne beleške sa svih predavanja. Njegove su beleške bile tako dobre, da ih je Ajnštajn radije pozajmljivao nego što je odlazio na predavanja, pa je čak na ispitima dobijao bolje ocene od Grosmana. (Grosmanove beleške se i danas čuvaju na univerzitetu.) Grosman je Ajnštajnovoj majci u poverenju rekao da će njen sin jednog dana uraditi „nešto veliko“.30 Ajnštajnovu pažnju privukla je studentkinja s njegove grupe, Mileva Marić, Srpkinja. Studenti s Balkana bili su retki u to vreme, a još ređe bile su žene. Mileva je bila odlučna osoba; rešila je da ode u Švajcarsku pošto je to bila jedina zemlja na nemačkom govornom području koja je dozvoljava ženama da se univerzitetski obrazuju. Bila je tek peta žena primljena na studije fizike na Politehničkoj školi. Ajnštajn je našao srodnu dušu, svoju prvu pravu ljubav. Smatrao je da je Mileva ,,Vi ste pametan mladić Ajnštajne...“: Pais, Subtle Is the Lord, str. 44; Brian, str. 31. „Vi ste entuzijasta, ali za vas nema nade u fizici...“: Folsing, str. 57. 30 „nešto veliko“: Sugimoto, str. 19. 28 29

28

zdls & meteori

neodoljiva i ubrzo okončao vezu s Mari Vinteler. Sanjao je da će Mileva i on postati profesori fizike i zajedno doći do velikih otkrića. Bili su srećni i zaljubljeni. Kada nisu bili zajedno, za vreme praznika, razmenjivali bi duga, strasna ljubavna pisma, tepajući jedno drugom. Ajnštajn je izražavao svoju ljubav pišući pesme: „Mogu da idem kud god poželim ne pripadam nigde, nedostaju mi tvoje male ruke i sjajne usne prepune nežnih poljubaca.“31 Ajnštajn i Mileva razmenili su preko 430 pisama; sačuvao ih je jedan od njihovih sinova. (Ironično, u to vreme su živeli na ivici siromaštva i bili samo korak od toga da im imovina, usled velikih dugova, bude zaplenjena, a nedavno su neka od ovih pisama dostigla vrednost od 400.000 dolara na aukcijskoj prodaji.) Ajnštajnovi prijatelji nisu razumeli šta ga je privuklo Milevi. Dok je Ajnštajn bio veoma društven, britkog smisla za humor, Mileva, četiri godine starija, bila je mnogo zatvorenija osoba. Bila je promenljivog raspoloženja, povučena i izuzetno nepoverljiva prema ljudima. Primetno je hramala usled urođene mane (jedna noga bila joj je kraća od druge), što je još više uticalo na to da se otuđi od drugih ljudi. Ljudi su govorkali iza njenih leđa o čudnom ponašanju njene sestre Zorke koja je kasnije hospitalizovana zbog šizofrenije. Najvažnija prepreka bio je, ipak, sporni društveni status. Onako kako su Švajcarci ponekad s prezirom gledali na Jevreje, tako su se i Jevreji odnosili prema Evropljanima s juga, posebno Balkancima. Mileva, međutim, nije imala nikakvih iluzija u vezi sa Ajnštajnom. Svi su znali da ima briljantan um, a i njegov neobavezujući stav prema autoritetima bio je opštepoznat. Mileva je znala je da se Ajnštajn odrekao nemačkog državljanstva i da su njegovi stavovi o ratu i miru bili neuobičajeni. Pisala je: „Moja ljubav ima veoma britak jezik, a povrh toga je i Jevrejin.“32 Kako je jačala veza s Milevom, jaz između Ajnštajna i njegovih roditelja postao je nepremostiv. Njegova majka, koja je odobravala Ajnštajnovu vezu s Mari, nimalo nije volela Milevu, smatrajući da je u svakom pogledu nedostojna Alberta i da će zato upropastiti i njega i njegovu reputaciju. Mileva je za nju bila suviše stara, bolesna, neženstvena, sumorna i suviše Srpkinja. „Gospođica Marić mi je 31 32

„Mogu da idem kud god poželim...“: Folsing, str. 71. „Moja ljubav ima veoma britak jezik...“: Brian, str. 31.

29

zdls & meteori

zagorčala život“33 poverila se jednoj prijateljici. ,,Da se ja nešto pitam, uložila bih sve moguće napore da je uklonim s vidika. Zaista je ne volim. Međutim, izgubila sam svaki uticaj na Alberta.“ Upozoravala ga je: „Kada ti budeš imao trideset godina, ona će biti matora veštica.“34 Ajnštajn je bio čvrsto rešen da se viđa s Milevom, čak i po cenu prekida svakog kontakta s najbližom porodicom. Jednom ga je majka posetila i upitala: „Šta ćeš da radiš s njom?“35 Kada je Ajnštajn odgovorio: „Oženiću se“, bacila se na krevet, jecajući neutešno. Prebacila mu je da je uništio svoju budućnost zbog žene „koja ne može da stekne položaj u dobroj porodici“.36 Uvidevši koliko je žestok otpor njegovih roditelja, Ajnštajn je odložio svaku pomisao na brak sa Milevom dok ne završi studije i nađe dobro plaćen posao. Godine 1900, kada je Ajnštajn konačno diplomirao fiziku i matematiku na Politehničkoj školi, na njegov uspeh pala je senka. Pretpostavljalo se da će mu biti dodeljeno mesto asistenta. To je bilo očekivano, naročito zato što je sve ispite uspešno položio. Međutim, profesor Veber je povukao poslovnu ponudu i Ajnštajn je bio jedini u svojoj generaciji kome nije dodeljeno mesto asistenta - bila je to rukavica bačena u lice. Do tada veoma samouveren, našao se u nesigurnim okolnostima, tim pre što je finansijska podrška njegove dobrostojeće tetke iz Đenove izostala nakon što je diplomirao. Nesvestan Veberove duboke odbojnosti, Ajnštajn je naivno naveo Veberovo ime u preporukama, ne shvatajući da bi to moglo da mu upropasti karijeru. Nerado, uviđa kako mu je taj previd mogao uništiti karijeru pre nego što je i počela. Sećao se s gorčinom: „Davno bih našao posao da se Veber nije na nepošten način poigrao sa mnom. Svejedno, ne odustajem i ne gubim smisao za humor... Bog je stvorio magarca i podario mu je tvrdoglavost.“37 U međuvremenu, Ajnštajn je podneo molbu za švajcarsko državljanstvo, ali uslov je bio da bude stalno zaposlen. Njegov svet se polako rušio. Pomislio je da će, ako ne nađe drugi izlaz, završiti na ulici kao prosjak koji svira violinu za pokoji novčić. „Gospođica Marić mi je zagorčala život...“: Ibid., str. 47. „Kada ti budeš imao trideset godina, ona će biti matora veštica“: Ibid. 35 „Šta ćeš da radiš s njom?“: Ibid., str. 25. 36 „koja ne može da stekne položaj u dobroj porodici.“: Ibid. 37 „Davno bih našao posao...“: Thome, str. 69. 33 34

30

zdls & meteori

Shvativši da mu se sin nalazi u bezizlaznoj situaciji, Ajnštajnov otac napisao je pismo profesoru Vilijemu Osvaldu u Lajpcig, moleći ga da Albertu ponudi mesto asistenta. (Osvald čak nije ni odgovorio na ovo pismo. Ironično, ali deceniju kasnije Osvald će prvi podržati Ajnštajnovu nominaciju za Nobelovu nagradu iz fizike.) Ajnštajn je pisao o tome koliko je svet odjednom postao nepravedan: „Kao da su svi osuđeni na to da me proganjaju.“38 Tužno je dodao: „Ja sam samo na teretu mojim rođacima... Najbolje bi bilo da me uopšte nema.“39 Da bi sve bilo još gore, upravo u to vreme posao njegovog oca ponovo je propao. Ajnštajnov otac je potrošio celokupno nasledstvo svoje supruge i dugovao čitavo bogatstvo njenoj porodici. U nedostatku bilo kakve finansijske podrške, Ajnštajn nije imao drugog izbora već da potraži makar i najniže mesto predavača. Očajan, počeo je da prati oglase za posao u novinama. U jednom trenutku, skoro se odrekao nade da bi mogao da radi kao fizičar i počeo je ozbiljno da razmišlja o tome da se zaposli u osiguravajućoj agenciji. Godine 1901. zaposlio se kao profesor matematike na Tehničkoj školi u Vinterturu. Nekako je, i pored obaveza predavača u školi, uspeo da objavi svoj prvi rad, „Zaključci o fenomenu kapilarnosti“ koji ni sam nije smatrao posebno interesantnim. Sledeće godine prihvatio je privremeno mesto predavača u internatu u Šaufhauzenu. Pošto nije mogao da se povinuje strogim pravilima ponašanja i nije se slagao sa Jakovom Nuešom, autoritativnim upraviteljem škole, vrlo brzo je dobio otkaz. (Upravitelj je bio toliko ljut da je čak optužio Ajnštajna za podstrekivanje bune.) Ajnštajn je mislio da će ostatak života provesti u podučavanju nezainteresovanih studenata i traženju oglasa po novinama. Njegov prijatelj, Fridrih Adler, sećao se da je Ajnštajn skoro gladovao u to vreme. Smatrao je sebe potpuno promašenim. Ipak, odbio je da zamoli rođake za pomoć. Onda se suočio s još dva problema. Prvo, Mileva je po drugi put pala na završnom ispitu na Politehničkoj školi. To je značilo da je njena karijera fizičara završena. Takođe, s tako lošim rezultatima nije mogla da se nada magisteriju i doktoratu. Potpuno obeshrabrena, izgubila je interes za fiziku. Njihov romantični san o zajedničkom 38 39

„Kao da su svi osuđeni na to...“: Schilpp, str. 3. ,,Ja sam samo na teretu mojim rođacima...“: Pais, Subtle Is the Lord, str. 41.

31

zdls & meteori

istraživanju kosmosa bio je završen. Onda je novembra 1901. godine, kada se Mileva vratila kući, Ajnštajn dobio pismo u kome ga obaveštava da je trudna! Uprkos nesigurnoj budućnosti, Ajnštajn se radovao što će postati otac. Razdvojenost od Mileve teško mu je padala, pa su skoro svakodnevno razmenjivali pisma. Mileva je 4. februara 1902. godine rodila devojčicu u domu svojih roditelja u Novom Sadu - beba je krštena kao Lizerl. Veoma uzbuđen, Ajnštajn je želeo da bude obavešten o svakoj sitnici. Molio je Milevu da mu odmah pošalje fotografiju ili crtež ćerke. Čudno, ali niko nije siguran šta se zaista dogodilo s detetom. Poslednji put se pominje u pismu septembra 1903. godine i u njemu se navodi da boluje od šarlaha. Istoričari smatraju da je najverovatnije umrla ili da je na kraju data na usvojenje. Baš kada se činilo da život ne može da mu bude gori, Ajnštajn je dobio neočekivanu poruku. Marsel Grosman, njegov dobar prijatelj, obezbedio mu je mesto nižeg državnog službenika u Zavodu za patente u Bernu. S te neugledne pozicije, Ajnštajn će promeniti svet. (Da bi oživeo već izbledele nade da jednog dana postane profesor, ubedio je profesora Alfreda Klajnera sa Univerziteta u Cirihu da mu bude mentor za doktorat.) Ajnštajn je počeo da radi u Zavodu za patente 23. juna 1902. godine kao stručni saradnik treće klase, za bednu platu. Radno mesto je imalo tri naizgled nevidljive prednosti. Prvo, posao ga je primorao da traži osnovne fizičke principe u svakom pronalasku. Tokom radnog vremena imao je priliku da izoštri svoje snažne instinkte za fiziku, odbacujući nepotrebne detalje i izdvajajući suštinu svakog pronalaska u svojim izveštajima. Izveštaji o detaljima i analize bile su toliko obimne da je Ajnštajn napisao jednom prijatelju kako zarađuje „pišajući mastilo“.40 Drugo, mnogi pronalasci odnosili su se na elektromehaničke uređaje, pa je odlično poznavanje unutrašnjeg rada generatora i električnih motora stečeno u očevoj fabrici bilo od velike pomoći. Na kraju, posao ga je spasio sigurne propasti i omogućio mu dovoljno vremena da razmotri dublje probleme u vezi sa svetlošću i kretanjem. Često je mogao vrlo brzo da uradi posao, tako da su mu ostajali sati za sanjarenje o problemima koji su ga opsedali još u mladosti. I baš tu, na poslu i tokom 40

„pišajući mastilo“: Brian, str. 69.

32

zdls & meteori

dugih noći, vratio se fizici. Mirna atmosfera Zavoda za patente savršeno mu je odgovarala. Nazivao ga je svojim „svetovnim manastirom“.41 Tek što je stupio na posao, saznao je da mu otac umire od srca. U oktobru je hitno morao da krene za Milano. Herman je konačno, na samrti, dao Albertu blagoslov da se oženi Milevom. Utisak da je razočarao oca i porodicu bio je toliko jak da mu se činilo da nikada neće nestati. Ajnštajnova sekretarica, Helen Dukas, napisala je: „Mnogo godina kasnije, i dalje se živo sećao koliko je bio slomljen zbog tog gubitka.42 Jednom prilikom napisao Je da Je očeva smrt bila najveći šok koji je u životu iskusio“.43 Maja je s gorčinom zapisala da „tužna sudbina nije dozvolila [njenom ocu] ni da pretpostavi kako će samo dve godine kasnije njegov sin postaviti osnove svoje buduće veličine i slave“. U januaru 1903. godine Ajnštajn se, konačno, osetio dovoljno sigurnim da se oženi Milevom. Godinu dana kasnije dobili su sina, Hansa. Ajnštajn je počeo da vodi skroman porodični život kao državni činovnik u Bernu. Njegov prijatelj, David Rajhenštajn, jasno se sećao posete Ajnštajnu u ovom periodu: „Vrata stana bila su otvorena da bi se brže osušio tepih koji je upravo bio izriban, opran i obešen u hodniku. Ušao sam u Ajnštajnovu sobu. Jednom rukom stoički je ljuljao kolevku u kojoj je ležala beba. U ustima mu je bila loša, veoma loša cigara, a u drugoj ruci otvorena knjiga. Peć je užasno dimila.“44 Da bi nabavio još novca, oglasio je u lokalnim novinama da daje privatne časove matematike i fizike.45 To je ujedno i prvo pojavljivanje Ajnštajnovog imena u novinama. Moris Solovin, rumunski student filozofije, Jevrejin, prvi je odgovorio na oglas. Na Ajnštajnovo oduševljenje, ispostavilo se da je Solovin inspirativni sagovornik u vezi s mnogim idejama o kosmosu, vremenu i svetlosti. Da bi ostao u toku s najnovijim strujama u fizici, došao je na ideju da oformi neformalnu studijsku grupu koju je u šali zvao „Olimpijska akademija“, u kojoj bi raspravljali o najzanimljivijim temama dana. Dani provedeni sa ovom grupom bili su, možda, trenuci najvećeg uživanja u Ajnštajnovom životu. Deceniju kasnije, sa suzama u očima „svetovnim manastirom.“: Ibid., str. 52. „Mnogo godina kasnije i dalje se živo sećao...“: Ibid., str. 53. 43 „tužna sudbina nije dozvolila [njenom ocu]...“: Ibid. 44 „Vrata stana bila su otvorena da bi se tepih...“: Sugimoto, str. 33. 45 „privatne časove iz matematike i fizike.“: Ibid., str. 31. 41 42

33

zdls & meteori

prisećao se živih, britkih rasprava o naučnim radovima koje su vodili na sastancima. Njihove duhovne rasprave i racionalne debate ispunjavale su kafee i pivnice Ciriha - činilo im se da je sve moguće. Iskreno su isticali: ,,Za nas važe ove Epikurove reči: 'Divno li je siromaštvo prožeto uživanjem!“'.46 Posebno su razmatrali kontroverzni rad Ernsta Maha, bečkog fizičara i filozofa. On je znao da kritikuje i izaziva svakog fizičara koji bi govorio o stvarima izvan realnog poimanja. Mah je svoje teorije objasnio u veoma uticajnoj knjizi tog vremena, Mehanika. Suprotstavio se ideji postojanja atoma, za koje je smatrao da su nemerljivi. Ajnštajnovu pažnju najviše je privukla Mahova kritika teorije o eteru i teorije apsolutnog kretanja. Mah je smatrao da impozantno zdanje Njutnove mehanike leži na staklenim nogama, zato što koncept apsolutnog vremena i prostora nije podložan merenju. Verovao je da se apsolutno kretanje ne može meriti, za razliku od relativnog koje je merljivo. Niko nikada nije postavio tajanstveni apsolutni referentni sistem koji bi mogao odrediti kretanje planeta i zvezda, kao što nijedan eksperiment nije potkrepio teoriju etera. Albert Majkelson i Edvard Morli izveli su 1887. godine niz eksperimenata koji su ukazali na kobnu slabost Njutnovog koncepta. Odlučili su da izvrše najdetaljnija moguća merenja svojstava tog nevidljivog etera. Pošto se Zemlja kreće u eterskom moru, stvarajući pri tome „eterski vetar“, zaključili su da bi brzina svetosti trebalo da se menja zavisno od pravca vetra. Zamislite na trenutak da se utrkujete s vetrom. Ako trčite u smeru vetra, osetićete da vas sam vetar gura napred. S vetrom u leđa, putovaćete većom brzinom: brzina će vam se povećati za brzinu vetra. Ukoliko trčite u suprotnom smeru od vetra, brzina će vam se smanjiti; vaša brzina sada opada s brzinom vetra. U slučaju da se krećete postrance, 90 stepeni u odnosu na pravac vetra, bićete oduvani ustranu. Suština je da se vaša brzina menja u zavisnosti od toga u kom se pravcu i smeru krećete u odnosu na vetar. Majkelson i Morli izvršili su dovitljiv eksperiment. Podelili su svetlosni zrak na dva posebna zraka koji su se kretali pod pravim uglom 46

,,Za nas važe ove Epikurove reči:...“: Brian, str. 55.

34

zdls & meteori

jedan u odnosu na drugi. Pomoću ogledala, usmerili su ih nazad ka izvoru gde su se zraci ponovo spojili. Aparaturu za eksperiment postavili su pažljivo u kadicu napunjenu tečnom živom, tako da je mogla da se slobodno okreće, a bila je toliko osetljiva da je registrovala i kretanje kočija na ulici. Prema teoriji etera, dva svetlosna zraka trebalo bi da putuju različitim brzinama. Jedan zrak bi trebalo da se kreće u smeru kretanja Zemlje u eteru, dok bi putanja drugog trebalo da bude normalna na eterski vetar. Prema tome, kada se vrate do izvora, njihove faze bi trebalo da budu različite. Na sopstveno iznenađenje, Majkelson i Morli ustanovili su da je brzina svetlosti bila ista za sve svetlosne zrake, kako god aparatura bila usmerena. Ovakav rezultat bio je uznemiravajući jer je pokazivao da eterski vetrovi ne postoje i da je brzina svetlosti nepromenljiva, bez obzira na to što su aparaturu okretali u raznim pravcima. Postojala su dve, podjednako neprijatne mogućnosti. Prva je bila da se Zemlja uopšte ne kreće. To se kosilo s kompletnom naukom o astronomiji, počev od Kopernikovog rada, koji je tvrdio da Zemlja nije centar svemira. Druga mogućnost bila je odbaciti teoriju etera i Njutnovu mehaniku i potražiti novo rešenje. Uloženi su nadljudski napori da bi se teorija etera očuvala. Najbliži rešenju tog problema bili su fizičari Hendrik Lorenc iz Holandije i Irac Džordž Ficdžerald. Smatrali su da eterski vetar sabija Zemlju dok se ona kreće u eteru tako da su svi metarski štapovi u Majkelson-Morlijevom eksperimentu bili skupljeni. Eteru je sada, pored niza čudnih svojstava poput nevidljivosti, nemogućnosti kompresije, izuzetne gustine i drugih, dodeljeno još jedno: mogao je da mehanički sabije atome dok prolazi kroz njih. To bi moglo da objasni neuspeh eksperimenta. Ako pretpostavimo da je to tačno, brzina svetlosti se menja, ali je tu promenu nemoguće izmeriti. Svaki put kada pokušate da upotrebite metarski štap, a brzina svetlosti se promeni, metarski štap će se u određenoj meri skupiti u pravcu eterskog vetra. Lorenc i Ficdžerald su nezavisno jedan od drugog izračunali stepen skupljanja, odredivši takozvane „Lorenc-Ficdžeraldove kontrakcije“. Nijedan od njih dvojice nije bio posebno zadovoljan ovim rezultatom; bio je to samo brz način da se zakrpi Njutnova mehanika - ništa preko toga nisu mogli uraditi. Ni drugi fizičari nisu bili skloni „Lorenc35

zdls & meteori

Ficdžeraldovim kontrakcijama“ jer su predstavljale samo ad hoc metodu - „veštačko disanje“ za etersku teoriju. Ajnštajnu se ideja etera, s njegovim tajanstvenim osobinama, činila zastarelom i neprirodnom. Kopernik je mnogo ranije opovrgao Ptolemejevu ideju da je Zemlja centar Sunčevog sistema i utvrdio da se planete kreću po izuzetno složenim kružnim putanjama - epiciklama. Sledeći princip „Okamove oštrice“ Kopernik je odbacio čitavu „šumu“ epicikala - zakrpe za nedostatke Ptolemejevog sistema - i postavio Sunce u centar solarnog sistema. Poput Kopernika, Ajnštajn je iskoristio princip „Okamove oštrice“ da bi odbacio mnoge izgovore za teoriju o eteru. To je uradio pomoću jedne dečije slike.

36

zdls & meteori

P O G L A V LJ E 3

Specijalna teorija relativnosti i „godina čuda“ Podstaknut Mahovim kritikama Njutnove teorije, Ajnštajn se vratio slici koja ga je proganjala od šesnaeste godine - utrkivanju sa svetlosnim zrakom. Zainteresovao se ponovo za neobično, ali važno otkriće do koga je došao dok je studirao na Politehničkoj školi, u vezi sa Maksvelovom teorijom po kojoj je brzina svetlosti uvek ista, nezavisno od načina merenja. Godinama je pokušavao da objasni kako je to moguće, jer se u Njutnovom zdravorazumskom svetu objekat koji se kreće uvek može sustići. Zamislite ponovo saobraćajca u poteri za motociklistom koji se kreće nedozvoljenom brzinom. Saobraćajac je svestan da će stići motociklistu ako bude vozio dovoljno brzo. To znaju oni koji su kažnjeni zbog prebrze vožnje. Neka saobraćajac umesto motocikliste juri svetlosni zrak - šta će se desiti? Saobraćajac će se kretati tik iza svetlosnog zraka, putujući skoro istom brzinom kao svetlost. Za nas je sasvim logično da je i saobraćajac video istu sliku: on, rame uz rame sa svetlosnim zrakom. Kada smo kasnije razgovarali s njim, ispričao je vrlo čudnu priču. Njegovo viđenje bilo je zapanjujuće drugačije. Umesto onoga što smo mi videli - vožnje duž svetlosnog zraka - zrak je pobegao, ostavljajući ga u oblaku prašine. Bez obzira na pun gas, svetlosni zrak mu je izmicao, održavajući istu brzinu. Policajac se kleo da se uza sav trud nimalo nije približio svetlosnom zraku. Svetlosni zrak je odmicao brzinom svetlosti, a progonitelj kao da je stajao, a ne jurio u policijskom automobilu. Međutim, kada smo saobraćajcu rekli da se kretao uporedo sa svetlosnim zrakom i da ga je zamalo sustigao, smatrao je da smo ludi; po njemu, nije bio čak ni blizu. To je za Ajnštajna bila ključna i uznemirujuća misterija: Kako je moguće da dva čoveka vide isti događaj na potpuno različite načine? Ako je brzina svetlosti prirodna konstanta, kako 37

zdls & meteori

to da posmatrač tvrdi da se saobraćajac kretao tik uz svetlosni zrak, a da on sam kaže da se nije ni najmanje primakao? Ajnštajn je još ranije uvideo da je Njutnovo shvatanje (brzine se mogu sabirati i oduzimati) potpuno suprotno Maksvelovom (brzina svetlosti je konstanta). Njutnova teorija se odnosi na izolovan sistem i počiva na nekoliko pretpostavki. Ako se samo jedna promeni, srušiće se čitava teorija, baš kao što se džemper opara kada se izvuče jedna petlja. Ta petlja je Ajnštajnov san o putovanju brzinom svetlosti. Maja 1905. godine, Ajnštajn je posetio Mikelea Besoa, svog dobrog prijatelja, koji je takođe radio u Zavodu za patente i izneo problem koji mu nije davao mira čitavu deceniju. Uz pomoć Besoa, zamisli su postale kristalno jasne, pa je Ajnštajn izdvojio suštinu problema: Njutnova mehanika i Maksvelove jednačine, dva stuba na kojima počiva fizika, bili su neusklađeni. Jedna od te dve teorije je pogrešna. Koja god se pokazala tačna, rešenje bi zahtevalo široko preinačenje fizike u celini. Ajnštajn je proučavao paradoks utrkivanja sa svetlosnim zrakom iznova i iznova. Kasnije se sećao da je „seme specijalne teorije relativnosti već klijalo u ovom paradoksu“.47 Pričali su satima, razmatrajući svaki aspekt problema, uključujući Njutnov koncept apsolutnog prostora i vremena koji je izgleda bio u suprotnosti s Maksvelovom konstantnom brzinom svetlosti. Potpuno iscrpljen, Ajnštajn je objavio da je poražen i da odustaje od svoje potrage. Trud je bio uzaludan - Ajnštajn nije uspeo. Te večeri bezvoljno se vraćao kući ali nije mogao da smiri misli. Dok je zamišljen, vozeći se tramvajem, prolazio pored čuvene bernske kule sa satom, zapitao se šta bi se dogodilo kada bi se tramvaj udaljavao od sata brzinom svetlosti. Brzo je shvatio da bi za njega veliki sat stao, pošto svetlost ne bi mogla da stigne tramvaj, a da bi njegov ručni sat radio normalno. Tog trenutka rešenje problema postalo mu je jasno. Sećao se: ,,U mom umu počela je da divlja oluja.“48 Odgovor je bio jednostavan i elegantan: vreme ne teče istom brzinom u svim delovima kosmosa, jer brzina proticanja zavisi od brzine kretanja. Zamislite satove koji su rasuti na raznim mestima u kosmosu, pri čemu svaki pokazuje drugačije vreme i otkucava različitom brzinom. Sekunda na Zemlji ne traje isto kao na 47 48

„seme specijalne teorije relativnosti...“: Folsing, str. 166. ,,U mom umu počela je da divlja oluja.“: Brian, str. 61.

38

zdls & meteori

Mesecu ili Jupiteru. Što je brzina kretanja veća, vreme sve sporije teče. (Ajnštajn je jednom u šali rekao da bi, u teoriji relativnosti, postavio satove u svakoj tački kosmosa, tako da pokazuju različita vremena, a da u stvarnosti nije imao novca da kupi nijedan.) To je značilo da događaji koji se istovremeno odvijaju za posmatrača u jednom sistemu, nisu sinhronizovani sa stanovišta posmatrača u drugom sistemu, kako je Njutn mislio. Najzad je pronikao u „Božije promisli“. Vrlo jasno se sećao tih trenutaka: „Spoznaju je donela misao da postojeći koncepti i zakoni prostora i vremena važe samo zbog našeg dosadašnjeg iskustva... Ali, učinivši koncept istovremenosti fleksibilnijim, došao sam do teorije relativnosti.“49 Vratite se na paradoks u kome se saobraćajac utrkuje sa svetlosnim zrakom - on tvrdi da mu je zrak izmicao brzinom svetlosti, dok je za posmatrača sa strane trka bila skoro ravnopravna. Dve suprotne izjave mogu se pomiriti samo ako saobraćajčev mozak sporije radi. Za njega, vreme usporava. Kada bi posmatrač mogao da vidi njegov ručni sat, utvrdio bi da skoro ne otkucava, a da je izraz saobraćajčevog lica kao zamrznut. S naše tačke gledišta, saobraćajac se ravnopravno utrkuje sa svetlosnim zrakom, ali njegov sat (i mozak) skoro da je zaustavljen. U kasnijem razgovoru ustanovili smo da je, po njemu, zrak uporno izmicao, i da je to njegovo viđenje bilo određeno činjenicom da mu je mozak radio usporeno i daje vreme proticalo sporije. Da bi zaokružio teoriju, Ajnštajn je obuhvatio i Lorenc-Ficdžeraldove kontrakcije, s tim što je zaključio da se skuplja prostor a ne atomi, kako su Lorenc i Ficdžerald mislili. (Kombinovanje efekata prostornih kontrakcija i vremenskih dilatacija danas zovemo „Lorencove transformacije“) Ovako formulisanom teorijom mogao je potpuno da odbaci teoriju etera. Razmišljajući o svim putevima koji su ga odveli do teorije relativnosti, napisao je: „Maksvelu dugujem više nego bilo kome.“50 Iako je Ajnštajn znao za Majkelson-Morlijev eksperiment,

„Spoznaju je donela misao...“: Ibid. „Maksvelu dugujem više nego bilo kome.“: Ibid., str. 152. Mnogi biografi su pratili Ajnštajnove ideje sve do Majkelson-Morlijevog eksperimenta. Kako je sam Ajnštajn u nekoliko navrata jasno rekao, taj eksperiment je tek delimično uticao na njegovo razmišljanje. Do teorije relativnosti dovela ga je Maksvelova jednačina. Ceo sadržaj originalnog spisa ukazivao je na to da Maksvelova jednačina ima skrivenu simetriju koju otkriva teorija relativnosti, te da bi to trebalo smatrati opštim fizičkim principom. 49 50

39

zdls & meteori

očigledno je da mu inspiraciju za teoriju relativnosti nije doneo eterski vetar već Maksvelove jednačine. Sutradan, Ajnštajn je ponovo posetio Besoa i, bez pozdrava, rekao: „Hvala ti, rešio sam ceo problem.“51 S ponosom se prisećao tih trenutaka: „Rešenje sam našao preispitujući koncept vremena. Vreme se ne može apsolutno definisati i u neraskidivoj je sprezi s brzinom signala.“ Narednih šest nedelja neumorno je razrađivao sve matematičke detalje ove briljantne zamisli. Papir na kome je sve zapisivao možda je najznačajniji naučni dokument svih vremena. Po priči, svedočenju njegovog sina, Ajnštajn je nakon završenog posla otišao pravo u krevet i nije ustajao naredne dve nedelje. Milevi je prepustio da proveri nije li se slučajno potkrala neka matematička greška. Završni rad, „O elektromagnetici tela u pokretu“, bio je naškraban na trideset jednoj strani, a izmenio je svetsku istoriju. U svom radu nije odao priznanje nijednom fizičaru; zahvalio se jedino Mikeleu Besou. (Ajnštajn je poznavao Lorencove prethodne radove o ovom problemu, ali nije znao za Lorencove kontrakcije; do tog efekta je sam došao). Konačno, rad je objavio u broju 17 časopisa Annalen der Physic, septembra 1905. godine. U tom famoznom, 17. izdanju, Ajnštajn je objavio tri prelomna rada. Ajnštajnov kolega, Maks Born, napisao je da je taj broj časopisa „jedan od najznamenitijih u celokupnoj naučnoj literaturi. Sadrži tri Ajnštajnova rada o različitim temama, a svaki od njih danas se smatra remek-delom.“52 (Godine 1994, primerci ovog slavnog izdanja prodati su na aukciji za 15.000 dolara.) Sa izuzetnim nadahnućem, Ajnštajn na početku svog rada navodi da njegove teorije ne samo da objašnjavaju prirodu svetlosti, već i samog kosmosa. Iznenađuje činjenica da je sve svoje radove zasnovao na dva jednostavna postulata: 1. Fizički zakoni su isti u svim inercijalnim sistemima referencije. 2. Brzina svetlosti konstantnaje u svim inercijalnim sistemima.

51 52

„Hvala ti, rešio sam ceo problem.“: Folsing, str. 155; Pais, Subtle Is the Lord, str. 139. „jedan od najznamenitijih u celokupnoj...“: Cropper, str. 206.

40

zdls & meteori

Ta dva neverovatno jednostavna postulata predstavljaju najdublju misao o prirodi kosmosa posle Njutnovog rada. Iz njih izvire potpuno nova slika prostora i vremena. Ajnštajn je prvo, u jednom odlučnom koraku, elegantno dokazao da su Lorencove transformacije najopštije rešenje ako je brzina svetlosti zaista konstantna u svim inercijalnim sistemima. Onda je pokazao da Maksvelove jednačine poštuju taj princip. Na kraju, objasnio je da se brzine sabiraju na poseban način, iako je Njutn, posmatrajući kretanje brodova, zaključio da se brzine mogu sabirati bez ograničenja. Ajnštajn zaključuje da je brzina svetlosti maksimalna u kosmosu. Zamislite da se nalazite u kosmičkom brodu koji se udaljava od Zemlje, brzinom jednakom 90% brzine svetlosti. Dok ste u brodu, ispalite metak koji će imati istu tu brzinu. Njutnova fizika kaže da bi metak trebalo da se kreće brzinom koja iznosi 180% brzine svetlosti, znači brže od svetlosti. Ajnštajn je pokazao da zbog skraćenja dužine metarskog štapa i usporavanja vremena, zbir ovih brzina iznosi oko 99% brzine svetlosti. Po Ajnštajnovom otkriću, koliko god se trudili, nikada se nećete kretati brže od svetlosti. Brzina svetlosti je granična brzina u kosmosu. Te čudne distorzije nikada nismo videli, jer se ne krećemo brzinom približnom brzini svetlosti. Njutnovi zakoni su savršeni za svakodnevne brzine, zato je prošlo skoro dvesta godina do njihove prve korekcije. Sada zamislite da brzina svetlosti iznosi samo 30 kilometara na čas pa vam se može učiniti da je auto koji se kreće ulicom spljošten u smeru kretanja, poput meha harmonike, možda samo na dužinu od tri centimetra, dok će visina ostati ista. Pošto je i putnik u vozilu spljošten na širinu od tri centimetra, verovatno očekujete viku i vrisku jer su mu usled skupljanja kosti slomljene. U suštini, putniku se ne dešava ništa neobično jer je sve drugo u autu, kao i atomi u njegovom telu, takođe sabijeno. Sa smanjivanjem brzine, auto će se širiti od tri centimetra do 3 metra, a putnik će izaći iz auta kao da se ništa nije dogodilo. Ko je ovde zapravo spljošten? Putnik ili auto? Prema teoriji relativnosti, na ovo pitanje ne postoji odgovor, jer koncept dužine nema apsolutno značenje. Ako pregledate prethodne radove na tu temu, uvidećete da su i drugi naučnici bili zastrašujuće blizu otkrivanja teorije relativnosti. I Lorenc i Ficdžerald su istraživali kontrakcije, ali rezultat su tumačili na potpuno 41

zdls & meteori

pogrešan način, smatrajući da se radi o elektromehaničkoj deformaciji atoma a ne o suptilnoj transformaciji svemira i vremena. Anri Poenkare, najveći francuski matematičar tog vremena, bio je takođe blizu rešenja ovog problema. Bilo mu je jasno da brzina svetlosti mora biti ista u svim inercijalnim sistemima referencije - čak je pokazao da Maksvelove jednačine zadržavaju istu formu kada se na njih primene Lorencove transformacije. Međutim, čvrsto se držao Njutnove ideje o eteru i smatrao je da se distorzije odnose isključivo na fenomen elektriciteta i magnetizma. Ajnštajn je krenuo dalje i načinio sudbonosni skok. Godine 1905. napisao je mali rad - gotovo fusnotu - koji će promeniti svetsku istoriju. Ako metarski štap i proticanje vremena počinju da se deformišu s porastom brzine, onda i sve drugo što možete da merite metrom i satom mora da se menja, uključujući materiju i energiju. U stvari, materija i energija se izjednačavaju. Na primer, Ajnštajn je pokazao da masa objekta koji se kreće raste s brzinom. (Masa će postati beskonačno velika ako se objekat bude kretao brzinom svetlosti, što je nemoguće: znači, brzina svetlosti se ne može dostići.) To znači da se energija kretanja nekako transformisala u dodatnu masu. Prema tome, masa i energija mogu da prelaze jedna u drugu. Ako ustanovite koliko energije je pretvoreno u masu, jednostavno ćete utvrditi da je E = mc2 - to je najslavnija jednačina svih vremena. Pošto je brzina svetlosti fantastično veliki broj, a njen kvadrat još veći, jasno je da i najmanja količina materije može da oslobodi neverovatno mnogo energije. Nekoliko kašičica materije, na primer, ima energiju više hidrogenskih bombi. Komad materije veličine kuće, bio bi dovoljan da prepolovi Zemlju. Ajnštajnova formula nije bila samo teoretska vežba. Verovao je da se njome može objasniti zanimljiva činjenica koju je otkrila Marija Kiri, da samo 30 grama radijuma oslobađa oko 4.000 kalorija po satu tako da se prividno narušava prvi zakon termodinamike (po kome se ukupna količina energije održava). Zaključio je da bi se prilikom oslobađanja energije masa morala blago povećati (promena količine mase je bila isuviše mala da bi se mogla izmeriti instrumentima dostupnim 1905. godine). „Ideja je zabavna i primamljiva; ali, da li će nasmejati Svemogućeg i da li će me povesti putevima Gospodnjim - to ne mogu

42

zdls & meteori

znati“,53 napisao je. Na kraju rada navodi da je direktna potvrda njegove pretpostavke ,,za sada verovatno izvan mogućnosti opažanja.“54 Zašto ova neiskorišćena energija nije ranije primećena? Ajnštajn je napravio poređenje s basnoslovno bogatim čovekom koji uspeva da sačuva svoje bogatstvo tako što nikada ne troši ni novčić. Baneš Hofman, bivši Ajnštajnov student, napisao je: „Zamislite koliko je smelosti iziskivao ovakav korak... Svaki grumen zemlje, pero, svaki trun prašine, postao je rezervoar neiskorišćene energije. Tu ideju bilo je tada nemoguće potvrditi. Pa ipak, predstavljajući svoje jednačine 1907. godine, Ajnštajn je o njoj govorio kao o najvažnijem ishodu teorije relativnosti. Njegova izvanredna sposobnost da unapred sagledava stvari, došla je do izražaja kada je predstavio jednačinu koja je bila potvrđena tek dvadeset pet godina kasnije.“55 Princip relativnosti podstakao je naučnike na veliku reviziju klasične fizike. Pre toga, fizičari su verovali u održanje energije, u prvi zakon termodinamike po kome se ukupna energija nikada ne može povećati ili uništiti. Sada su govorili o očuvanju ukupne količine materije i energije. Godine 1905. Ajnštajnov nemirni um dotakao se još jednog zanimljivog problema - fotoelektričnog efekta. Nemački fizičar Hajnrih Herc je još 1887. godine primetio da se u kontaktu svetlosti sa površinom metala pod određenim okolnostima stvara slaba električna struja. Moderna elektronika uveliko koristi taj princip. Solarne ćelije pretvaraju obično sunčevo zračenje u električnu energiju kojom napajamo kalkulator. Televizijske kamere prikupljaju svetlost sa objekata koje snimamo i pretvaraju je u električne struje, što će na kraju proizvesti sliku na ekranu. Međutim, na početku prošlog veka opisana transformacija energije još uvek je bila misterija. Kako svetlost utiče na emisiju elektrona s površine metala? Njutn je verovao da se svetlost sastoji od sitnih čestica, „korpuskula“. Fizičari su bili uvereni da je svetlost talas, a prema klasičnoj talasnoj teoriji energija talasa ne zavisi od frekvencije. Iako crvena i zelena svetlost imaju različite frekvencije, trebalo bi da su im „Ideja je zabavna i primamljiva...“: Folsing, str. 196. ,,za sada...“: Ibid., str. 197. 55 „Zamislite koliko je smelosti iziskivao ovakav korak...“: Brian, str. 71. 53 54

43

zdls & meteori

energije iste - pa bi se pri osvetljavanju površine metala svakom od njih, emitovali elektroni istih energija. Klasična talasna teorija tvrdi i sledeće ako se intenzitet svetlosti poveća tako što se upotrebi više svetiljki, trebalo bi da se poveća i energija emitovanih elektrona. Međutim, Filip Lenard je pokazao da energije emitovanih elektrona zavise isključivo od frekvencije ili boje svetlosnog zraka, a ne od intenziteta - a to je suprotno talasnoj teoriji. Ajnštajn je objašnjenje fotoelektričnog efekta tražio u „kvantnoj teoriji“ Maksa Planka, objavljenoj 1900. godine u Berlinu. Plank je najradikalnije odstupao od klasične fizike i pretpostavljao da energija nije kontinualna, već da se javlja u odvojenim paketima, zvanim „kvanti“. Energija kvanta je proporcionalna njegovoj frekvenciji. Konstanta proporcionalnosti, nazvana Plankova, bila je nova prirodna konstanta. Plankova konstanta je veoma mali broj, što je svet atoma i kvantova činilo krajnje čudnim. Ajnštajn je rezonovao na sledeći način: ako se energija prenosi u odvojenim paketima, onda se i svetlost mora sastojati od kvantova. (Ajnštajnov paket „svetlosnog kvanta“, svetlosne čestice, hemičar Gilbert Luis je 1926. godine krstio „foton“) Ako je energija fotona proporcionalna frekvenciji, smatrao je, onda je i energija emitovanih elektrona srazmerna frekvenciji fotona, što je u suprotnosti sa klasičnom fizikom. (Zabavno je osvrnuti se na popularnu TV seriju Zvezdane staze, u kojoj posada Enterprajza ispaljuje „fotonska torpeda“ na neprijatelja. U stvarnosti, ispaljivanje fotonskih torpeda bilo bi samo blesak svetlosti.) Ajnštajnovu novu viziju, kvantnu teoriju svetlosti, bilo je moguće eksperimentalno proveriti. Ako odredite frekvenciju svetlosti, moći ćete da izmerite blag porast napona u metalu. Devetog juna 1905. godine, objavljen je istorijski rad „O heurističkom stanovištu proizvodnje i transformisanja svetlosti“ koji će mu doneti Nobelovu nagradu za fiziku. Razumevanje prirode fotona i kvantne teorije svetlosti, rezultat su tog rada. U još jednom radu napisanom 1905. - „godine čuda“ - Ajnštajn se dotakao problema atoma. Iako je atomska teorija bila zapanjujuće uspešna pri određivanju osobina gasova i hemijskih reakcija, nije bila neposredno dokazana - što su Mah i drugi kritičari te teorije rado isticali. Ajnštajn je smatrao da je postojanje atoma moguće dokazati ako se 44

zdls & meteori

posmatra njihovo dejstvo na molekule vode. Braunovo kretanje odnosi se na sićušne, nasumične pokrete malih čestica koje plutaju u tečnosti. To je otkrio Robert Braun, 1828. godine, dok je posmatrao čestice polena koje su pod mikroskopom izvodile neobične, haotične kretnje. U početku je mislio da su ti cik-cak pokreti analogni kretanju spermatozoida, ali ubrzo je otkrio da i čestice stakla i granita pokazuju takvo čudno ponašanje. Postojale su pretpostavke da je uzrok Braunovog kretanja nasumično sudaranje molekula, ali niko nije mogao da formuliše smislenu teoriju koja bi opisala tu pojavu. Ajnštajn je preduzeo odlučujući korak. Iako su atomi suviše mali da bi se videli golim okom, smatrao je da se njihova veličina i ponašanje mogu predvideti kada se izračuna kumulativno dejstvo na veliki objekat. Ako neko veruje u teoriju atoma, onda bi na njenim osnovama mogao da izračuna fizičke dimenzije atoma analizirajući Braunovo kretanje. Pretpostavljajući da nasumični sudari hiljada milijardi molekula vode uzrokuju haotične pokrete čestica prašine, mogli biste da izračunate veličinu i težinu atoma - tako biste eksperimentalno potvrdili postojanje atoma. Iznenađuje podatak da je Ajnštajn, gledajući kroz običan mikroskop, izračunao da gram vodonika sadrži 3,03x1023 atoma, što je približno tačna vrednost. To je opisano u radu „O kretanju malih čestica ograničenih u stacionarnoj tečnosti na osnovu molekularno-kinetičke teorije toplote“ (18. jul). U ovom jednostavnom radu prvi pruža eksperimentalni dokaz o postojanju atoma. (Ironijom sudbine, samo godinu dana pre nego što je Ajnštajn izračunao dimenzije atoma, fizičar Ludvig Bolcman, jedan od osnivača teorije atoma, ubio se, delom i zbog neprestanog ismevanja njegovog rada na unapređenju teorije.) Pošto je napisao ta četiri istorijska rada, prikupio je i ostale radove o veličini molekula i predao svom mentoru, profesoru Alfredu Klajneru, kao svoju disertaciju. Iste noći napio se s Milevom. Njegova disertacija je isprva bila odbijena, ali je 15. januara 1906. godine konačno dobio titulu doktora nauka Univerziteta u Cirihu. Sada je mogao da se predstavlja kao dr Ajnštajn. Nova fizika se rađala dok je Ajnštajn živeo u ulici Kramgase 49 u Bernu. (Danas se ta zgrada naziva „Ajnštajnova kuća.“ Na njoj stoji natpis da je teorija relativnosti nastala

45

zdls & meteori

upravo u sobi iza prelepog prozora na zatvorenoj verandi. Drugi zid „krasi“ slika atomske bombe.) Godina 1905. zaista je bila annus mirabilis u istoriji nauke. Možda se sa ovom godinom, prelomnom u svakom pogledu, može izjednačiti davna 1666, kada je dvadesettrogodišnji Isak Njutn postavio univerzalni zakon gravitacije, integralni i diferencijalni račun, binomnu teoremu i teoriju boja. Ajnštajn je završio 1905. godinu dvostruko uspešno, a svaki je uspeh bio vredan međunarodnog priznanja. Obezbedivši dokaz za postojanje atoma, postavio je teoriju fotona i srušio osnove Njutnove fizike. Zaglušujuća tišina koja je usledila, razočarala ga je. Činilo se da njegov rad potpuno ignorišu. Krajnje obeshrabren, Ajnštajn se okrenuo porodičnom životu, podizanju deteta i napornom radu u Zavodu za patente. Možda je plan o osvajanju novog sveta fizike bio samo puka želja. Prvi nagoveštaj reakcije na njegov rad privukao je Ajnštajnovu pažnju početkom 1906. godine. Dobio je samo jedno pismo, ali je pošiljalac bio najvažniji fizičar tog vremena, Maks Plank; on je u trenu uvideo radikalan uticaj Ajnštajnovog rada. Teorija relativnosti je podigla jednu kvantitativnu veličinu, brzinu svetlosti, na nivo fundamentalnih prirodnih konstanti i upravo to je privuklo Planka. Plankova konstanta, na primer, odvojila je klasičan svet od subatomskog kvantnog sveta. Savremenici su zanemarivali čudne osobine atoma jer je Plankova konstanta mali broj. Plank je osećao da je Ajnštajn na istim osnovama postavio brzinu svetlosti kao novu prirodnu konstantu. Neobičan svet kosmičke fizike takođe je zanemarivan jer je brzina svetlosti ogroman broj. Plank je smatrao da su te dve konstante, brzina svetlosti i ona s njegovim imenom, srušile granice zdravog razuma i Njutnove fizike. Plankova konstanta je neznatna, a brzina svetlosti neizmerno velika zato i ne možemo da sagledamo suštinsku prirodu fizičke realnosti. Ako su se teorija relativnosti i kvantna teorija suprotstavljale zdravom razumu, razlog je to što čitav život provodimo u malenom kutku svemira, u zaštićenom svetu u kome su brzine male spram brzine svetlosti, a objekti preveliki u odnosu na Plankovu konstantu. Međutim, priroda je, ne mareći za naš zdrav razum, sazdala kosmos zasnovan na 46

zdls & meteori

temeljima od subatomskih čestica koje se vešto kreću brzinama bliskim svetlosnoj i poštuju Plankovu formulu. Leta 1906. godine Plank je poslao svog asistenta, Maksa fon Lauea, da upozna tog anonimnog državnog službenika koji se pojavio niotkuda i bacio rukavicu u lice nasleđu Isaka Njutna. Trebalo je da se sretnu u čekaonici Zavoda za patente, ali su se komično mimoilazili jer je fon Laue očekivao impozantnu, autoritativnu figuru. Kada se Ajnštajn konačno predstavio, Fon Laue se iznenadio - suočio se sa posve drugačijim, neočekivano mladim i neformalno obučenim državnim činovnikom. Od tog trenutka postali su doživotni prijatelji. (Ako ne čoveka, fon Laue je umeo da prepozna lošu cigaru. Onu koju mu je Ajnštajn ponudio krišom je bacio u reku Aru dok su prelazili most i razgovarali.) Budući da je Ajnštajnov rad dobio Plankov blagoslov, počeo je da privlači pažnju i drugih fizičara. Ironično ali istinito - Ajnštajnov stari profesor s Politehničke škole koji ga je zvao „lenjivcem“ jer je bežao s njegovih časova, bio je posebno zainteresovan za rad svog bivšeg učenika. Herman Minkovski, matematičar, razradio je jednačinu relativnosti pokušavajući da preformuliše Ajnštajnovo zapažanje da se s porastom brzine kretanja prostor pretvara u vreme i obrnuto. Minkovski je to preveo na matematički jezik i zaključio da prostor i vreme formiraju četvorodimenzionalno jedinstvo. Odjednom, četvrta dimenzija se našla u centru pažnje. Za određivanje bilo koje tačke na mapi potrebne su dve koordinate (dužina i širina). Ako dodate treću dimenziju - visinu - možete da locirate bilo koji objekat u kosmosu, od vrha vašeg nosa pa do kraja vaseljene. Dakle, vidljivi svet oko nas je trodimenzionalan. Pisac H. Dž. Vels nagađao je da bi četvrta dimenzija mogla biti vreme, tako da se svaki događaj može locirati pomoću trodimenzionalnih koordinata i tačnog trenutka dešavanja. Ukoliko želite da se sastanete s nekim u Njujorku, možete da kažete: „Nađimo se na uglu 42. ulice i Pete avenije, na dvadesetom spratu, tačno u podne.“ Četiri broja jedinstveno određuju događaj. Ali Velsova četvrta dimenzija bila je samo ideja bez ikakvog matematičkog ili fizičkog oblika i sadržaja. Minkovski je prepravio Ajnštajnove jednačine, otkrivajući divnu, neuništivu četvorodimenzionalnu strukturu sačinjenu od vremena i 47

zdls & meteori

prostora. Zabeležio je: ,,Od sada, odvojeni prostor i vreme su tek senke i samo njihovo jedinstvo može da očuva bilo koju nezavisnu stvarnost.“56 Ajnštajn isprva nije bio impresioniran. Čak je i podrugljivo napisao: „Važna je suština, ne matematika. Pomoću matematike ništa se ne može dokazati.“57 Verovao je da u jezgru relativnosti leže osnovni fizički principi, a ne gizdava, ali besmislena matematika četvrte dimenzije koju je nazivao „suvišnim obrazovanjem“.58 Za njega su najvažnije bile jasne i jednostavne slike (na primer, vozovi, liftovi u slobodnom padu, svemirske rakete) - matematika stupa na scenu tek kasnije. U to vreme, matematiku je smatrao knjigovodstvom - načinom da se zabeleže dešavanja na slici. Delimično u šali, Ajnštajn je napisao: ,,Od kada je matematika napala teoriju relativnosti, više je ni ja ne razumem.“59 S vremenom je počeo da poštuje važnost i filozofski uticaj rada Minkovskog. Minkovski je pokazao da je snagom simetrije moguće objediniti dva naizgled različita koncepta. Prostor i vreme sada su posmatrani kao različita stanja istog objekta. Četvrta dimenzija mogla je povezati i energiju i materiju, kao i elektricitet i magnetizam. Objedinjenje kroz simetriju postao je Ajnštajnov princip vodilja do kraja života. Zamislite pahuljicu. Ona ostaje ista i ako je obrnete za 60 stepeni. U matematici, objekat koji zadržava formu nakon rotacije nazivamo „kovarijansa“. Minkovski je pokazao da Ajnštajnove jednačine, poput pahuljice, ostaju iste kada se prostor i vreme rotiraju kao četvorodimenzionalni objekti. Drugim rečima, rođen je novi fizički princip koji je nadalje oplemenjivao Ajnštajnov rad: fizičke jednačine moraju da budu Lorencove kovarijanse (odnosno, da zadržavaju isti oblik i nakon Lorencovih transformacija). Ajnštajn je kasnije priznao da bi bez matematike četvrte dimenzije Minkovskog, teorija relativnosti „možda ostala u povoju“.60 Činjenica da je nova četvorodimenzionalna fizika omogućila fizičarima da objedine sve jednačine relativnosti u savršeno kompaktnu formu, bila je zadivljujuća. Svaki fizičar ili student elektro-tehnike morao je, u „Od sada, odvojeni prostor i vreme su tek senke...“: Ibid., str. 72. „Važna je suština...“: Ibid., str. 76. 58 „suvišnim obrazovanjem“: Cropper, str. 220. 59 ,,Od kada je matematika napala teoriju relativnosti...“: Clark, str. 159. 60 „možda ostala u povoju“: Cropper, str. 220. 56 57

48

zdls & meteori

paklenim mukama, prvo da savlada osam Maksvelovih parcijalnih diferencijalnih jednačina, ali nova matematika Minkovskog svela je Maksvelove jednačine na samo dve. (Pomoću četvorodimenzionalne matematike može se pokazati da su Maksvelove jednačine najjednostavnije moguće jednačine koje opisuju svetlost.) Prvi put, fizičari su postali svesni snage simetrije u svojim jednačinama. Kada fizičari govore o „lepoti i eleganciji“ u fizici, misle na to da simetrija omogućava objedinjenje velikog broja različitih pojava i koncepata u jedinstvenu, kompaktnu formu. Jednačina je lepša ako skriva što više simetrije i u najjednostavnijoj formi otkriva što veći broj pojava. Moć simetrije nam dopušta da objedinimo potpuno različite delove u harmoničnu, nedeljivu celinu. Rotacija pahuljice omogućava nam da spoznamo jedinstvo svih njenih delića. Rotiranje u četvorodimenzionalnom prostoru objedinjuje koncept prostora i vremena, pretvarajući jedno u drugo s porastom brzine. Taj predivni, elegantni princip koji simetrično objedinjava prividno različite entitete u prijatnu, skladnu celinu, u narednih pedeset godina bio je putokaz Ajnštajnu. Paradoksalno zvuči, ali čim je završio specijalnu teoriju relativnosti, počeo je da gubi interesovanje za nju. Predao se razmišljanjima o drugom, dubljem problemu - pitanju gravitacije i ubrzanja - što je izgleda bilo van domašaja specijalne teorije relativnosti. Ajnštajn je postavio teoriju relativnosti, ali kao i svaki dobar graditelj, odmah je sagledao sve njene potencijalne mane i propuste i pokušao da ih ispravi. (O tome ćemo više govoriti kasnije). Eksperimentalni dokazi su počeli da potkrepljuju neke od njegovih ideja - to ga stavlja u centar interesovanja zajednice fizičara. MajkelsonMorlijev eksperiment je ponovljen, a rezultati su opet bacali sumnju na celokupnu teoriju etera. Eksperimenti sa fotoelektričnim efektom potvrdili su Ajnštajnove jednačine. Štaviše, eksperimenti izvedeni 1908. godine pri velikom ubrzanju elektrona pokazali su da masa elektrona raste s povećanjem njegove brzine. Posle uspešnih eksperimenata koji su učinili njegove teorije slavnim, Ajnštajn je konkurisao za mesto asistenta na Univerzitetu u Bernu. Položaj je bio ispod ranga profesora, ali bi mu omogućio da nastavi i rad u Zavodu za patente. Priložio je teze o teoriji relativnosti i druge objavljene radove. Prvi pokušaj bio je neuspešan. 49

zdls & meteori

Njegova prijava odbijena je uz obrazloženje šefa katedre da je teorija relativnosti nerazumljiva. Primljen je u narednom pokušaju. Uz dokaze da je napravio veliki proboj u fizici, Ajnštajn je odlučio da konkuriše za prestižniji posao na Univerzitetu u Cirihu. Konkurencija, i to vrlo jaka, bio je Fridrih Adler, njegov stari poznanik. Oba vrhunska kandidata bila su Jevreji - kakva mana u to vreme. Kako je Adlerov otac bio jedan od osnivača Socijaldemokratske partije, a mnogi članovi osoblja fakulteta simpatizeri te stranke, činilo se da Ajnštajn nema šanse da dobije željeno nameštenje. Zato je i bio veoma iznenađen što se sam Adler snažno zalagao za njega. Adler je umeo vešto da proceni ljudski karakter - bio je u pravu i za Ajnštajna. Uverljivo je pisao o Ajnštajnovim izvanrednim sposobnostima kao fizičara, ali je primetio: „Profesori su ga prezirali dok je bio student... Ne ume da uspostavi dobar kontakt s važnim ljudima.“61 Zahvaljujući Adlerovom ogromnom požrtvovanju i zalaganju, Ajnštajn je dobio posao i počeo je njegov meteorski uspon na akademskoj lestvici. Vratio se u Cirih, ali sada kao profesor, ne kao propali, nezaposleni fizičar i čovek koji se teško prilagođava okruženju. Bio je oduševljen kada je saznao da Adler živi u stanu ispod njegovog novog stana u Cirihu. Dva naučnika postala su dobri prijatelji. Godine 1909, u Salzburgu je održana velika konferencija fizičara na kojoj se okupilo mnoštvo prosvećenih umova, na čelu s Maksom Plankom. Ajnštajn je po prvi put učestvovao na takvom skupu i tu je održao prvo predavanje. U svom izlaganju na temu „Razvoj stanovišta o prirodi i zračenju“, na upečatljiv način predstavio je javnosti jednačinu E = mc2. Ajnštajn, koji je često zaboravljao i da obeduje, uživao je u pratećim društvenim događajima na konferenciji. Sećao se: „Druženje je krunisano u hotelu Nacional, najbogatijim banketom kome sam prisustvovao. To me je podstaklo da se jednom plemiću iz Ženeve koji je sedeo do mene obratim rečima: 'Da li znate šta bi Kalvin uradio da je ovde?... Potpalio bi ogromnu lomaču i sve nas spalio zbog grešne ekstravagantnosti.' Čovek mi se više nije obratio.“62 Ajnštajn je bio prvi naučnik koji je javno istupio s pojmom „dualnosti“ u fizici - konceptom po kome svetlost može da ima svojstva talasa, kao što je smatrao Maksvel u prethodnom veku, i svojstva čestice, 61 62

„Profesori su ga prezirali dok je bio student...“: Brian, str. 73. „Druženje je krunisano u hotelu Nacional...“: Ibid., str. 75.

50

zdls & meteori

što je bilo stanovište koje je zastupao Njutn. Da li će se svetlost posmatrati kao čestica ili kao talas, zavisi od eksperimenta. U eksperimentima s malim energijama, odnosno sa svetlošću velike talasne dužine, pogodnije je posmatrati je kao talas. Kad se eksperimentiše s visokoenergetskim zračenjem (sa izuzetno malim talasnim dužinama), pogodnije je posmatrati svetlost kao česticu. Taj koncept (koji će se desetak godina kasnije pripisati Dancu Nilsu Boru) predstavlja suštinsko sagledavanje prirode materije i energije i jedan je od najbogatijih izvora kvantnih istraživanja. Iako profesor, Ajnštajn je ostao boem. Jedan od studenata živo se sećao svog glavnog predavača na Univerzitetu u Cirihu: „Pojavljivao bi se na časovima u pohabanim, iznošenim, prekratkim pantalonama, noseći sa sobom komadić hartije s beleškama za predavanja.“63 Ajnštajnov drugi sin, Edvard, rodio se 1910. godine. Ajnštajn, neumorni putnik, već je tražio novo radno mesto, po svemu sudeći zato što su neki profesori želeli da ga uklone sa Univerziteta. Sledeće godine ponuđeno mu je mesto profesora na Institutu za teorijsku fiziku Nemačkog univerziteta u Pragu i veća plata. Zanimljivo je da se njegova kancelarija nalazila pored bolnice za duševne bolesnike. Razmišljajući o misterijama fizike, pitao se da li su stanari ove ustanove zapravo normalni. Skup na Prvoj Solvejevoj konferenciji u Briselu čiji je pokrovitelj bio bogati belgijski industrijalac Ernest Solvej, takođe je obeležio 1911. godinu. Na njoj su predstavljeni radovi vodećih svetskih naučnika. Ovo je bila najvažnija konferencija tog vremena, a Ajnštajnu se pružila prilika da se susretne sa najvećim fizičarima i razmeni ideje s njima. Sreo je Mariju Kiri, dvostruku dobitnicu Nobelove nagrade, i započeo doživotnu saradnju s njom. U centru pažnje bile su njegova teorija relativnosti i teorija fotona. Tema konferencije bila je „Teorija zračenja i kvanta.“ Jedno od pitanja o kome se raspravljalo na konferenciji bio je čuveni „paradoks blizanaca“. Ajnštajn je već govorio o čudnim paradoksima u vezi sa dilatacijom vremena. Na paradoks blizanaca ukazao je fizičar Pol Lengvin, opisavši Jednostavan misaoni eksperiment čija su tema bile 63

„Pojavljivao bi se na časovima u pohabanim, iznošenim...“: Cropper, str. 215.

51

zdls & meteori

navodne kontradiktornosti u teoriji relativnosti. (U to vreme, novine su bile preplavljene neprijatnim naslovima o Lengvinu, nesrećno oženjenom i u skandaloznoj romansi sa Marijom Kiri, udovicom.) Lengvin je zamislio dva blizanca koji žive na Zemlji. Jedan blizanac odlazi u kosmos letelicom koja se kreće brzinom bliskom brzini svetlosti i posle nekog vremena vraća se na Zemlju. Recimo da je na Zemlji prošlo pedeset godina, ali, s obzirom na to da vreme u letelici teče sporije, za blizanca u letelici prošlo je samo deset godina. Kada se braća sretnu, blizanac koji je ostao na Zemlji biće četrdeset godina stariji. Posmatrajmo sada celu situaciju iz pozicije blizanca koji putuje letelicom. S njegove tačke gledišta, Zemlja se udaljava od njega brzinom bliskom brzini svetlosti. Prema tome, on bi trebalo da ostari, a blizanac na Zemlji da bude mlad. Pošto je kretanje relativno, postavlja se pitanje koji je blizanac mlađi? Ove dve situacije čine se simetričnim; ta zagonetka mučila je svakog studenta koji je pokušao da izađe na kraj s teorijom relativnosti. Ajnštajn je rešio problem na sledeći način: blizanac u letelici se kreće ubrzano, a ne brat koji je ostao na Zemlji. Letelica mora da uspori, zakoči i napravi zaokret da bi se vratila na Zemlju, što vrši veliki pritisak na blizanca u letelici. Drugim rečima, situacija nije simetrična zbog ubrzanja letelice, pa nije usklađena s pretpostavkama specijalne teorije relativnosti. One važe samo za blizanca u letelici, koji je nakon putovanja zaista mladi. Situacija postaje još zamršenija ako se blizanac u letelici nikad ne vrati na Zemlju. U tom slučaju, svaki brat pomoću teleskopa može da vidi kako život onog drugog teče sporije. Pošto je situacija sada savršeno simetrična, oba brata su ubeđena da je onaj drugi mlađi, takođe i vitkiji. Dakle, koji je blizanac mlađi i mršaviji? Ma koliko paradoksalno izgledalo, u teoriji relativnosti moguće je da postoje dva blizanca, svaki mlađi i mršaviji od onog drugog. Najjednostavniji način da se odredi koji brat je zaista mlađi ili mršaviji u svim ovim paradoksima, jeste da se blizanci stave jedan pored drugog, što zahteva da jedan naglo okrene u suprotnom smeru - na taj način će se pokazati i koji se „zaista“ kreće. Iako su istraživanja o kosmičkim zracima i neutronskim generatorima posredno objasnila na atomskom nivou ove paradokse koji prelaze granice zdravog razuma, ovaj efekat je tako malih razmera da u 52

zdls & meteori

laboratorijskim uslovima nije mogao da se opazi sve do 1971. godine, kada su u avione koji su se kretali velikim brzinama postavljeni atomski satovi. Pošto atomski satovi mogu da mere protok vremena sa astronomskom tačnošću, naučnici su, upoređujući dva sata, mogli potvrditi da vreme protiče sporije s porastom brzine, upravo onako kako je Ajnštajn predvideo. Drugi paradoks odnosi se na dva objekta od kojih je svaki kraći od onog drugog.64 Zamislite kako lovac pokušava da utera tigra dugog tri metra u kavez širok samo 30 centimetara. Normalno, to je nemoguće. Sada zamislite da se tigar kreće toliko brzo da se skupio na samo 30 centimetara, tako da lovac može da spusti kavez i da ga uhvati. Dok se tigar zaustavlja, počinje da se širi. Ako je kavez napravljen od mreže, tigar će je pocepati. Ukoliko je kavez metalan, jadni tigar biće na smrt smrskan. Sagledajmo situaciju iz perspektive tigra. Ako se tigru čini da miruje, za njega se kavez kreće i smanjuje na samo tri centimetra. Kako strpati tigra dugog tri metra u tako malecni kavez? Odgovor leži u činjenici da se kavez, dok pada na tigra, skuplja u smeru kretanja, tako da postaje pravougaonik, spljošteni kvadrat. Zato nije obavezno da dva kraja kaveza okruže tigra u istom trenutku. Ono što je istovremeno za lovca, nije takvo i za tigra. Ako je kavez napravljen od mreže, onda će prednji deo kaveza prvo dodirnuti tigrov nos i početi da se cepa. Kako kavez bude padao, nastaviće da se cepa duž tigrovog tela sve dok zadnji deo kaveza konačno ne dodirne rep. Ukoliko je kavez od čvrstog materijala, prvo će se slomiti tigrov nos. Kako kavez bude padao, tigar će nastaviti da se lomi po dužini, sve dok zadnji deo kaveza konačno ne dohvati tigrov rep. Interesovanje javnosti za ove paradokse odslikava i šaljiva pesmica iz zabavnog magazina Panč: Drugi paradoks odnosi se na dva objekta od kojih je svaki kraći od onog drugog. ...:Tokom decenija izložene su desetine paradoksa koji )e trebalo da predoče naizgled čudnu prirodu specijalne teorije relativnosti. Oni uglavnom uključuju dva referentna okvira što se kreću različitim brzinama i iz kojih se posmatra isti objekat. Paradoksi nastaju stoga što posmatrači u svakom okviru vide isti objekat na dva potpuno različita načina. Gotovo svi paradoksi mogu se razrešiti pomoću dve opservacije. Prvo, kontrakcija dužine u jednom okviru mora dobiti ravnotežu u dilataciji vremena u drugom okviru. Ako zaboravimo da ujednačimo zakrivljenost prostora pomoću zakrivljenosti vremena, javiće se paradoks. Drugo, paradoksi nastaju ako na kraju ne spojimo dva okvira. Konačan sud o tome ko je odista mlađi ili niži može nastati ako spojimo dva posmatrača u prostoru i vremenu i uporedimo ih. Ako ih ne spojimo, onda je moguće da oba posmatrača budu niži i mlađi jedan od drugog, što je u njutnovskoj fizici nemoguće. 64

53

zdls & meteori

Bila jednom devojka po imenu Svetlana Kadra da putuje brže od svetlosti dana Ode ona tako, uz relativističke moći I vrati se prethodne noći.65 Ajnštajnov dobar prijatelj, Marsel Grosman, profesor na Politehničkoj školi, ponudio je Ajnštajnu da kao redovan profesor predaje u školi koju je nekad pohađao. Ajnštajn je predao preporuku koja ga je predstavljala u najboljem svetlu. Marija Kiri je napisala da „matematičari i fizičari smatraju njegov rad prvoklasnim“.66 I tako, samo šesnaest meseci pošto je stigao u Prag, Ajnštajn se vratio u Cirih, u dobru, staru Politehničku školu (od 1911. godine zove se Švedski državni tehnološki institut ili ETH). Povratak nekadašnjeg učenika, sadašnjeg slavnog profesora, bio je Ajnštajnova velika lična pobeda. Napustio ju je ocrnjenog imena jer su profesori poput Vebera aktivno ometali njegovu karijeru. Vratio se kao vođa revolucije u fizici. Te godine prvi put je nominovan za Nobelovu nagradu za fiziku. Članovi Švedske akademije smatrali su da su Ajnštajnove ideje još uvek previše radikalne, a pojedini dobitnici Nobelove nagrade nastojali su da sabotiraju njegovu nominaciju. Godine 1912, umesto Ajnštajnu, nagrada je dodeljena Nilsu Gustavu Dalenu za rad na polju poboljšanja svetionika. (Ironično zvuči, ali svetionici su danas skoro potpuno zaboravljeni; sada se koristi sistem globalnog pozicioniranja pomoću satelita, zasnovan na Ajnštajnovoj teoriji relativnosti.) Ajnštajnova reputacija je naredne godine rasla takvom brzinom da je počeo da dobija ponude iz Berlina. Maks Plank se svojski trudio da privoli ovu sve blistaviju zvezdu u svetu fizike da dođe u Nemačku, tada vodeću zemlju u fizičkim istraživanjima. Berlin se smatrao draguljem u kruni nemačkog istraživačkog rada. Ajnštajn je isprva oklevao, pošto se odrekao nemačkog državljanstva i još uvek bio pod „Bila jednom devojka po imenu Svetlana...“: Nije moguće kretati se brže od svetlosti da bi se probila vremenska barijera. Ako se približite brzini svetlosti, vaša masa postaje skoro beskonačna, skupljate se dok ne budete gotovo beskonačno mršavi a vreme skoro da staje. Tako je brzina svetlosti najveća brzina u kosmosu. Međutim, moguće rupe u ovome razmatram kasnije, u odeljku o crvotočinama i AjnštajnRozenovim mostovima. 66 „matematičari i fizičari smatraju...“: Sugimoto, str. 44. 65

54

zdls & meteori

uticajem gorkih uspomena iz mladosti, ali iskušenje je ipak bilo preveliko. Ajnštajn je 1913. godine postao član Pruske akademije nauka. Kasnije mu je ponuđeno univerzitetsko mesto u Berlinu. Trebalo je da bude direktor Instituta za fiziku Kajzer Vilhelm. Pored titula, koje su mu značile vrlo malo, ponudu je izuzetnom činila činjenica da nije morao držati predavanja. (Ajnštajn je bio popularan među studentima, poznat po tome što se prema njima odnosio s punim poštovanjem i ljubaznošću, ali predavanja su ga odvajala od njegovog glavnog interesovanja, opšte teorije relativnosti.) Godine 1914, Ajnštajn je stigao u Berlin da se upozna sa nastavničkim osobljem fakulteta. Bio je nervozan pri susretu sa njima. Sećao se: „Gospoda u Berlinu su se kladila na mene kao da sam bio zlatna koka. Ja sâm nisam ni znao mogu li da snesem još jedno jaje.“67 Tridesetpetogodišnji buntovnik, čudnih stavova i jednako čudno odeven, morao je ubrzo da se prilagodi krutom načinu ophođenja u Pruskoj akademiji nauka čiji su se članovi oslovljavali sa „gospodine članu Tajnog veća“ ili „Vaša ekscelencijo“. Ajnštajn je razmišljao: „Izgleda da se većina članova šepuri poput pauna, ali samo na papiru; inače su veoma ljubazni.“68 Ajnštajnov trijumfalan put od Zavoda za patente u Bernu do pozicije vrhunskog istraživača u Nemačkoj, nije prošao bez ličnih žrtava. Kako mu je slava rasla među fizičarima, privatni život je počeo da se raspada. Bile su to Ajnštajnove najproduktivnije godine, kada je ubirao plodove svog rada koji će izmeniti ljudsku istoriju, ali složeni, skoro nerešivi, zadaci koje je stavljao pred sebe, oduzimali su mu sve vreme, odvajajući ga od žene i dece. Ajnštajn je napisao da je s Milevom živeo kao na groblju i da je izbegavao da bude sa njom u istoj sobi nasamo. Njihovi prijatelji nisu se slagali čijom krivicom je došlo do ovakve situacije. Mnogi su verovali da je Milevu njen poznati suprug izolovao i odbacio. Njeni prijatelji smatrali su da je tužna, iscrpljena, da je vidno ostarila tih godina i da je potpuno zanemarila svoj izgled. Postala je razdražljiva i hladna, ljubomorna čak i na vreme koje je provodio s kolegama. Kada je našla 67 68

„Gospoda u Berlinu se klade...“: Cropper, str. 216. „Izgleda da se većina članova...“: Folsing, str. 336.

55

zdls & meteori

pismo Ane Šmit sa izrazima divljenja (upoznala ga je tokom njegovog kratkog boravka u Arauu i u međuvremenu se udala), Mileva je pobesnela kao nikad do tada. Žestoka svađa uzdrmala je njihov klimav brak. Neki su mislili da Ajnštajn nije ni nalik na savršenog muža. Stalno na putu, ostavljao je Milevu da se sama brine o dvoje dece. Na prelazu između dva veka, putovanja su bila neverovatna teška i dugotrajna, ponekad i višenedeljna. Kada bi bio kod kuće, ponašali su se poput brodova koji se mimoilaze - viđali su se nakratko samo za večerom ili u pozorištu. Ajnštajn je bio toliko obuzet apstraktnim svetom matematike, da mu nije preostajalo nimalo energije za emotivnu vezu sa suprugom. Što je više Mileva negodovala zbog muževljevih odlazaka, on se dublje povlačio u svet fizike. Moguće je da je krivica obostrana. Verovatno je bilo neizbežno da njihov brak bude izložen ogromnom iskušenju. Možda su prijatelji imali pravo kada su, godinama kasnije, rekli da njih dvoje nisu bili jedno za drugo. Poslednji stubovi njihovog braka nepovratno su srušeni kada je Ajnštajn prihvatio ponudu iz Berlina. Mileva se žestoko protivila odlasku u Berlin. Možda ju je zastrašivala pomisao da, budući pripadnik slovenskog naroda, živi u centru germanske kulture. Još važnije je to što su mnogi Ajnštajnovi rođaci živeli u Berlinu i Mileva se bojala da će biti izložena njihovim oštrim, neodobravajućim pogledima. Nije bila tajna da je muževljeva rodbina nije podnosila. Mileva i deca su otputovali sa Ajnštajnom u Berlin, ali ona se vrlo brzo s decom vratila u Cirih. Nikada više nisu bili zajedno. Ajnštajn, koji je neizmerno voleo decu, bio je slomljen. Od tog trenutka, sa sinovima je održavao vezu na daljinu. Da bi ih video, putovao je i po deset sati iz Berlina za Cirih. (Kada je Milevi zvanično dodeljeno starateljstvo nad decom, Ajnštajnova sekretarica, Helen Dukas, zapisala je da je Ajnštajn plakao celim putem do kuće.) Jaz u njihovom braku takođe je produbilo stalno prisustvo Ajnštajnove rođake u Berlinu. Kasnije je priznao: „Živeo sam veoma povučeno, ali nisam bio usamljen, zahvaljujući brizi rođake koja me je doslovce dovukla u Berlin.“69 69

„Živeo sam veoma povučeno...“: Ibid., str. 332.

56

zdls & meteori

Ajnštajn i Elza Lovental bili su vezani dvostrukim rođačkim sponama; njegova i njena majka bile su sestre, a dede su im bili braća. Elza je bila razvedena, živela je s dve kćerke, Margot i Ilzom, sprat iznad svojih roditelja (Ajnštajnovih tetke i teče). Ajnštajn i ona nakratko su se sreli 1912. godine kada je posetio Berlin. Ajnštajn je tada već znao da se njegov brak s Milevom raspada i da je razvod neizbežan. Međutim, bojao se posledica koje bi razvod mogao da ostavi na njegove sinove. Elzi se Ajnštajn dopadao od malena. Priznala je da se zaljubila još kao dete kada ga je čula kako svira Mocarta. Izgleda da ju je najviše privukao njegov status zvezde u naučnim krugovima, poštovanje koje su mu iskazivali fizičari celog sveta. Nije krila da uživa u njegovoj slavi. Kao i Mileva, bila je starija od Ajnštajna četiri godine, ali tu prestaje svaka sličnost između dve žene. Bile su sušta suprotnost. Ajnštajn je, udaljavajući se od Mileve, očigledno otišao u drugu krajnost. Dok Mileva nije mnogo polagala na svoj izgled i bila često namrgođena, Elza je bila prava buržujka, svesna svog položaja u društvu. Uvek se trudila da razvija poznanstva u intelektualnim krugovima Berlina i s ponosom je predstavljala Ajnštajna svojim prijateljima u visokom društvu. Mileva se lako povlačila iz društva, često neraspoložena, a Elza je bila društvena leptirica, pojavljivala se na zabavama i pozorišnim premijerama. I, za razliku od Mileve, koja se trudila da utiče na svog muža i promeni ga, Elza je bila majčinski tip, stalno je pokušavala da poboljša Albertove manire, ali je svu svoju energiju uložila da mu pomogne da ostvari ciljeve. Jedan ruski novinar je kasnije pisao o vezi između Ajnštajna i Elze: „Silno je volela svog velikog muža, uvek spremna da ga zaštiti od životnih teškoća, obezbeđujući mu neophodan duhovni mir kako bi svoje veličanstvene ideje sproveo u delo. Elza se posvetila tome da mu pomogne da se ostvari kao mislilac, a pri tome je bila nežan saputnik, supruga i majka tom izuzetnom, odraslom detetu.“70 Pošto je 1915. godine Mileva otišla iz Berlina, i odvela decu, Ajnštajn i Elza su se još više zbližili. Međutim, ono što Ajnštajnu u to vreme nije davalo mira nije bila ljubav već sam univerzum.

70

„Silno je volela svog velikog muža...“: Brian, str. 151.

57

zdls & meteori

DEO II

SLIKA DRUGA Zakrivljeno prostorvreme

58

zdls & meteori

P O G L A V LJ E 4

Opšta teorija relativnosti i „najsrećnija misao mog života“ Ajnštajn još uvek nije bio zadovoljan. Iako su ga u tom trenutku smatrali jednim od najvećih fizičara, bio je nespokojan. Shvatio je da postoje dve očigledne rupe u njegovoj teoriji relativnosti. Prva se odnosila na inercijalno kretanje. Međutim, malo šta u prirodi ima konstantnu brzinu. Sve se kreće sa ubrzanjem: točkovi se okreću, lišće opada u cik-cak putanji, Zemlja rotira oko Sunca. Teorija relativnosti nije bila primenljiva čak ni na najjednostavniji oblik ubrzanja na Zemlji. Drugo, teorija nije mogla da objasni pojavu gravitacije. Smatralo se da teorija relativnosti podrazumeva sveobuhvatnu simetriju prirode; ipak, činilo se da ne obuhvata gravitaciju. Ta činjenica bila je prilično ponižavajuća s obzirom na to da je gravitacija svuda oko nas. Nedostaci relativnosti bili su očigledni. Prema teoriji relativnosti, brzina svetlosti je najveća u svemiru, što znači da bi svakom svetlosnom poremećaju na Suncu trebalo osam minuta da stigne do Zemlje. To, međutim, nije bilo u saglasnosti sa Njutnovom teorijom po kojoj gravitacija deluje trenutno. (Po Njutnu, gravitacija je beskonačno brza, ali brzina svetlosti se uopšte ne pominje u Njutnovim jednačinama.) Ajnštajn je zbog toga morao da iz osnova preradi Njutnove jednačine kako bi u njih uključio brzinu svetlosti. Ukratko, Ajnštajn je shvatio da mora da uopšti teoriju relativnosti kako bi obuhvatila i ubrzanje i gravitaciju. Svoju prethodnu teoriju iz 1905. godine, počeo je da naziva „specijalna teorija relativnosti“, kako bi se razlikovala od moćnije, „opšte teorije relativnosti“, koja je trebalo da opiše gravitaciju. Kada je Maksu Planku izneo svoj ambiciozan plan, ovaj ga je upozorio: „Kao tvoj stari prijatelj, moram te posavetovati da se ne upuštaš u to jer nećeš uspeti, a i ako uspeš, niko ti neće verovati“.71 71

„Kao tvoj stari prijatelj, moram te posavetovati...“: Pais, Subtle Is the Lord, str. 239.

59

zdls & meteori

Međutim, Plank je uviđao važnost problema i zato je dodao: „Ako uspeš, ljudi će te smatrati novim Kopernikom“. Ajnštajnu se suština teorije gravitacije ukazala dok je 1907. godine radio kao niži službenik u Zavodu za patente. Sećao se: „Sedeo sam u Zavodu za patente u Bernu kada mi je najednom nešto palo na pamet: ako osoba slobodno pada, neće osećati sopstvenu težinu. Zabezeknuo sam se. Ta jednostavna misao ostavila je na mene dubok utisak i upravo me je to privuklo teoriji gravitacije.“72 Ako se nađete u liftu čiji noseći kabl iznenada pukne, počećete slobodno da padate, istom brzinom kao pod lifta. Pošto i vi i lift padate istom brzinom, kao da ste u bestežinskom stanju - kao da lebdite u vazduhu. Ajnštajn je odjednom shvatio da bi se, u trenutku kada bi počeo da pada sa stolice, istog trena našao u stanju slobodnog pada, pri čemu bi dejstvo gravitacije bilo poništeno ubrzanjem - on bi lebdeo u bestežinskom stanju. To nije bio nov koncept. Bio je poznat Galileju, koji je navodno bacao mali kamen i veliko topovsko đule sa Krivog tornja u Pizi. Tim ogledom dokazao je da na sve objekte na Zemlji deluje isto gravitaciono ubrzanje (9,81 metar u sekundi na kvadrat). Njutn je takođe znao za ovu činjenicu kada je shvatio da su planete i Mesec u stanju slobodnog pada u svojoj orbiti oko Sunca ili Zemlje. Da ste, kao astronaut, poleteli u svemir, osetili biste kako ubrzanje poništava gravitaciju. Sve u unutrašnjosti letelice, uključujući pod, instrumente i vas, pada istom brzinom. Zbog toga vidite da sve oko vas lebdi. Noge su vam iznad poda, i stvara se iluzija da je gravitacija nestala jer pod pada zajedno s vama. Ako pođete u svemirsku šetnju van broda, nećete odjednom pasti na Zemlju, već ćete lagano lebdeti oko broda jer i brod i vi padate istom brzinom čak i kada kružite oko Zemlje. (Nije tačno da gravitacija nestaje u svemirskom prostoru, kako se pogrešno navodi u mnogim knjigama. Sunčeva gravitacija je dovoljno moćna da drži Pluton milijardama kilometara daleko od Zemlje. Gravitacija ne nestaje; ona je poništena usled pada letelice.) U pojavi da gravitacija ne nestaje prepoznajemo takozvani „princip ekvivalencije“ koji podrazumeva da sva tela padaju istom brzinom pod 72

„Sedeo sam u Zavodu za patente...“: Ibid., str. 179; Folsing, str. 303.

60

zdls & meteori

dejstvom gravitacije (preciznije, inercijalna masa jednaka je gravitacionoj masi). Ta zaista stara ideja donekle je zanimala Galileja i Njutna, ali tek u rukama izuzetnog fizičara kakav je bio Ajnštajn, postala je osnova nove relativističke teorije gravitacije. Ajnštajn je napravio džinovski korak i otišao dalje od Galileja ili Njutna. Formulisao je sledeći postulat koji stoji iza opšte teorije relativnosti: svi fizički zakoni ispoljavaju se u istom obliku u svim inercijalnim sistemima referencije. Iznenađujuće, ali ta jednostavna tvrdnja je u Ajnštajnovim rukama postala osnova teorije iz koje su se rodili zakrivljenje prostora, crne rupe i samo stvaranje kosmosa. Nakon što je 1907. godine došao na ovu briljantnu, pronicljivu ideju, prošle su godine dok je dovršio svoju novu teoriju gravitacije. Novo viđenje gravitacije poticalo je iz poznatog principa ekvivalencije, ali Ajnštajn svoje zamisli nije objavio sve do 1911. godine. Prva posledica principa ekvivalencije jeste da se svetlost savija pod dejstvom gravitacije. Ideja da gravitacija može da utiče na svetlosni zrak sigurno potiče još iz vremena Isaka Njutna. U svojoj knjizi Optika, Njutn je postavio pitanje da li gravitacija može da utiče na svetlost zvezda: „Deluju li tela iz daleka na svetlost tako što savijaju njene zrake; i nije li to dejstvo najjače kada je rastojanje najmanje?“73 Nažalost, tehnološka dostignuća u sedamnaestom veku nisu omogućavala da se nađe odgovor na to pitanje. Ajnštajn je posle više od dvesta godina oživeo to pitanje. Pretpostavimo da ste uključili lampu u letelici koja se ubrzano udaljava od Zemlje. Pošto brod ubrzava krećući se nagore, svetlosni zrak se prostire nadole. Sada primenite princip ekvivalencije. Kako zakoni fizike unutar broda moraju da budu isti kao i na Zemlji, gravitacija mora da deluje i na svetlost, skrećući je. Ajnštajn je otkrio sledeći fizički fenomen: skretanje svetlosti pod dejstvom gravitacije. Odmah je shvatio da se taj efekat može matematički opisati. Najjače gravitaciono polje u Sunčevom sistemu potiče od Sunca. Ajnštajn se zapitao da li je ono dovoljno da deluje na putanju svetlosti sa udaljenih zvezda. To se može proveriti ako se iste skupine zvezda na nebu fotografišu u različitim trenucima. Prvu fotografiju trebalo bi snimiti noću, da bi se izbeglo registrovanje Sunčeve svetlosti; druga bi trebalo da se snimi nekoliko meseci kasnije, kada se Sunce bude nalazilo 73

„Deluju li tela iz daleka na svetlost...“: Folsing, str. 435.

61

zdls & meteori

direktno spram iste skupine zvezda. Poređenjem dve fotografije, može se izmeriti koliko se zvezdana svetlost pomerila ka Suncu usled dejstva Sunčeve gravitacije. Pošto sunčeva svetlost dominira nad svetlošću sa udaljenih zvezda, svako eksperimentalno proučavanje uticaja gravitacije na svetlost zvezda i njeno savijanje moralo bi se izvesti za vreme pomračenja Sunca, kada ga Mesec zaklanja a zvezde se vide tokom dana. Ajnštajn je zaključio sledeće: ako se fotografije snimljene danju, za vreme pomračenja, uporede sa onim snimljenim pod istim uslovima, ali noću, trebalo bi da se utvrdi blago iskrivljenje putanje svetlosti s posmatranih zvezda prema Suncu. (Mesečeva gravitacija takođe blago skreće svetlost zvezda, ali to skretanje je neznatno u poređenju sa onim do koga dolazi pod uticajem mnogo većeg Sunca. Dakle, Mesec nema uticaja na skretanje svetlosti zvezda.) Princip ekvivalencije pomogao mu je da približno izračuna skretanje svetlosti pod dejstvom gravitacije, ali mu nije otkrio ništa o samoj gravitaciji. Nedostajala je teorija gravitacionog polja. Setite se da Maksvelove jednačine opisuju izvornu teoriju polja, koja kaže da su linije sila nalik na paukovu mrežu i da talasi putuju tako što prenose vibracije njenih niti. Ajnštajn je tragao za gravitacionim poljem čije bi linije sila mogle da prenose gravitacione vibracije koje putuju brzinom svetlosti. Negde oko 1912. godine, posle više godina razmišljanja, postepeno je shvatio da je neophodno kompletno preinačiti dotadašnje razumevanje prostora i vremena; to je zahtevalo nov koncept geometrije, napredniji od onog nasleđenog od starih Grka. Ključno opažanje koje ga je dovelo do pojma zakrivljenosti prostorvremena bio je takozvani Erenfestov paradoks. Ajnštajnu ga je predočio njegov prijatelj Pol Erenfest. Posmatrajmo ringišpil ili čigru. U stanju mirovanja, obim je jednak prečniku pomnoženom sa π. Kada se ringišpil pokrene, spoljni okvir će se kretati većom brzinom nego unutrašnji, zbog čega bi, prema teoriji relativnosti, trebalo više da se smanji i time deformiše oblik ringišpila. To znači da se obim smanjio i da je sada manji od proizvoda π i prečnika; zaključujemo da površina ringišpila nije više ravna. Prostor je zakrivljen. Površinu ringišpila možemo uporediti s površinom Arktičkog kruga. Prečnik Arktičkog kruga izmerićemo tako što ćemo preći put između jedne tačke na krugu, preko Severnog pola, do dijametralno 62

zdls & meteori

suprotne tačke kruga. Nakon toga, možemo da izmerimo obim Arktičkog kruga. Poredeći rezultate dva merenja, otkrićemo da je obim manji od proizvoda π i prečnika, pošto Zemlja nema oblik savršene lopte. Međutim, poslednje dve hiljade godina fizičari i matematičari se oslanjaju na Euklidovu geometriju u čijoj osnovi su ravne površine. Šta bi bilo da su pretpostavili da se geometrija zasniva na zakrivljenom prostoru? Kada prihvatimo da prostor može biti zakrivljen, pred nama počinje da se stvara nova, zapanjujuća slika. Zamislite težak kamen na krevetu. Kamen će, naravno, utonuti u dušek. Sad bacite sićušni kliker da se kotrlja po krevetu. Klikerčić se pored kamena neće kretati pravolinijski, ići će po zakrivljenoj putanji. Taj efekat se može posmatrati na dva načina. S distance, zagovornik Njutnove teorije može reći da postoji misteriozna „sila“ koju kamen emituje i tako deluje na kliker, primoravajući ga da promeni putanju. Ova sila, iako nevidljiva, ima svoje polje delovanja i privlači kliker. Pristalica teorije relativnosti može da vidi potpuno drugačiju sliku. Detaljnim pregledom kreveta zaključiće da ne postoji sila koja deluje na kliker. Postoji samo udubljenje na krevetu, koje određuje kretanje klikera. Pri kretanju klikera, površina kreveta „gura“ kliker sve dok putanja njegovog kretanja ne postane zakrivljena. Sada umesto kamena zamislite Sunce, namesto klikera Zemlju, a krevet zamenite prostorom i vremenom. Njutn bi rekao da nevidljiva sila koju zovemo „gravitacija“ privlači Zemlju ka Suncu. Ajnštajn bi odgovorio da gravitaciono privlačenje uopšte ne postoji. Zemlja kruži oko Sunca jer zakrivljenost prostora sama po sebi deluje na Zemlju. U izvesnom smislu, ne privlači gravitacija, već prostor gura. Pomoću takvog eksperimenta Ajnštajn je mogao da objasni zašto je svakom svetlosnom poremećaju na Suncu potrebno osam minuta da stigne do Zemlje. Ukoliko naglo sklonimo kamen, površina kreveta će se ispraviti, stvarajući pri tome talase koji se šire konačnom brzinom po krevetu. Slično tome, kada bi Sunce nestalo, formirao bi se snažan talas zakrivljenja u prostoru koji bi putovao brzinom svetlosti. Koncept je bio tako jednostavan i elegantan da ga je lako objasnio svom drugom sinu, kada ga je on upitao zbog čega je toliko poznat. Ajnštajn je odgovorio: „Kada slepa buba prelazi preko iskrivljene grančice, ne primećuje da je 63

zdls & meteori

putanja po kojoj se kreće zaista zakrivljena. Ja sam imao sreće da primetim to što buba nije.“74 Njutn je u delu Philosophiae Naturalis Principia Mathematica priznao da ne može da objasni poreklo ove misteriozne privlačne sile koja se trenutno prostire kroz kosmos. Svoju čuvenu frazu „Hypotheses nonfingo“ (,,ne postavljam hipotezu“), izrekao je jer nije uspeo da objasni odakle gravitacija izvire. Ajnštajn nam je ukazao na to da gravitacija nastaje usled zakrivljenja vremena i prostora. Otkrio je da je „sila“ samo iluzija, sporedan proizvod geometrije. Mi čvrsto stojimo na tlu ali ne zbog Zemljine gravitacije koja nas vuče nadole. Ajnštajn je smatrao da ne postoji gravitacija koja nas privlači. Zemlja zakrivljuje prostorvremenski kontinuum oko naših tela, usled čega nas sam prostor povlači nadole. To znači da zakrivljenost prostora oko predmeta stvara iluziju da postoji gravitaciona sila koja deluje na objekte u okruženju. Ta savijenost se, naravno, ne može videti tako da je Njutn ipak u pravu - za dovoljno udaljenog posmatrača. Zamislite mrave kako prelaze preko zgužvanog lista papira. Dok pokušavaju da se kreću pravolinijski, otkriće da ih nešto stalno vuče nadesno i nalevo. Mravima se čini da ih misteriozna sila vuče na jednu ili drugu stranu. Onome ko celu situaciju posmatra odozgo, jasno je da nikakve sile nema. Zakrivljenost papira tera mrave da menjaju putanju - to stvara iluziju sile. Setite se da je Njutn smatrao prostor i vreme sistemom apsolutno referentnim za sve vrste kretanja. Ajnštajn je, međutim, smatrao da prostor i vreme mogu da imaju dinamičku ulogu. Ako je svemir zakrivljen, onda će svi koji se nalaze na toj pozornici misliti da neobična sila deluje na njihovo telo, gurajući ih na jednu ili drugu stranu. Analogija prostorvremena sa tkaninom koja se može tegliti i skupljati, naterala je Ajnštajna da prouči matematiku zakrivljenih površina. Ubrzo se našao u matematičkoj zbrci, ne uspevajući da nađe odgovarajući mehanizam za analizu novog viđenja gravitacije. Ajnštajn je sada žalio što je, zbog svog nekadašnjeg nipodaštavajućeg stava prema matematici koju je nazivao „suvišnim obrazovanjem“, izbegavao časove matematike u Politehničkoj školi.

74

„Kada slepa buba prelazi preko...“: Calaprice, str. 9.

64

zdls & meteori

U očajanju, obratio se prijatelju Marselu Grosmanu. „Grosmane, moraš mi pomoći ili ću poludeti!“,75 priznao je Ajnštajn. „Nikada u životu se nisam ovako mučio niti osećao veće poštovanje prema matematici, njenim suptilnijim delovima koje sam ranije smatrao nepotrebnim luksuzom! U poređenju sa ovim problemom, izvorna teorija relativnosti je dečija igra.“76 Prelistavajući matematičku literaturu, Grosman je ustanovio nešto što je celu situaciju činilo još tragikomičnijom: matematičke osnove koje su Ajnštajnu bile potrebne zaista su predavane na Politehničkoj školi. U geometriji Bernarda Rimana iz 1854. godine, Ajnštajn je konačno našao dovoljno snažnu matematičku potporu za opisivanje zakrivljenosti prostorvremena. (Godinama kasnije, kada je uvideo koliko je teško savladati novu matematiku, Ajnštajn je učenicima jedne srednje škole rekao: ,,Ne brinite što vam učenje matematike tako teško pada; uveravam vas da su moje muke mnogo veće.“77) Pre Rimana, matematika je počivala na Euklidovoj geometriji ravnih površina. Đaci su hiljadama godina učili klasične teoreme grčke geometrije po kojima zbir unutrašnjih uglova u trouglu iznosi 180 stepeni, a paralelne linije se nikada ne seku. Dva matematičara, Rus Nikolaj Lobačevski i Mađar Janoš Boljaj, uspeli su da se približe formulaciji nove, neeuklidovske geometrije po kojoj bi zbir unutrašnjih uglova u trouglu mogao da bude manji ili veći od 180 stepeni. Pravu teoriju neeuklidovske geometrije postavio je „princ matematike“, Karl Fridrih Gaus i njegov student Riman. Gaus je sumnjao da Euklidova teorija ne mora uvek biti primenljiva, čak i iz perspektive fizike. Uz pomoć svog asistenta prosledio je svetlosni zrak s vrha planine Harc, pokušavajući eksperimentalno da utvrdi zbir uglova u trouglu čija temena su bila vrhovi tri planine (Harc i dve susedne). Nažalost, rezultat nije bio u skladu s predviđanjem. Gaus je bio vrlo oprezan i nikada nije objavljivao radove o osetljivim temama, bojeći se gneva konzervativaca koji su se kleli u Euklidovu geometriju. Riman je otkrio potpuno nove matematičke svetove - geometriju zakrivljenih površina u proizvoljnim dimenzijama, ne samo u dve ili tri „Grosmane, moraš mi pomoći ili...“: Pais, Subtle Is the Lord, str. 212. „Nikada u životu se nisam ovako mučio...“: Folsing, str. 315. 77 ,,Ne brinite što vam učenje matematike tako teško pada...“: Calaprice, str. 252. 75 76

65

zdls & meteori

prostorne. Ajnštajn je bio ubeđen da će ta viša geometrija dati precizniji opis svemira. Po prvi put, matematički jezik „diferencijalne geometrije“ našao je svoje mesto u svetu fizike. Diferencijalna geometrija ili motor celog računa, matematika zakrivljenog prostora u proizvoljnoj dimenziji, nekada se smatrala najbeskorisnijom oblašću matematike, lišenom svakog fizičkog smisla. Najednom je postala jezik samog kosmosa. Većina biografija navodi da je Ajnštajnova opšta teorija relativnosti potpuno dovršena 1915. godine - kao da je magično, bez prethodnih grešaka, našao celovito formulisanu teoriju. U prethodnim decenijama, analize nekih Ajnštajnovih „izgubljenih svezaka“ pomogle su da se popune mnoge praznine u periodu od 1912. do 1915. godine. Sada možemo sagledati, mesec po mesec, kako se razvijala jedna od najvećih teorija svih vremena. Jasno je da se Ajnštajn naročito trudio da uopšti pojam kovarijanse. Specijalna teorija relativnosti, kao što smo videli, počiva na ideji Lorencove kovarijanse, odnosno na činjenici da fizičke jednačine zadržavaju isti oblik nakon primene Lorencovih transformacija. Ajnštajn je želeo da generalizuje taj zaključak tako da obuhvata sve vrste transformacija i ubrzanja, ne samo inercijalne. Drugim rečima, želeo je jednačine koje će zadržati oblik nezavisno od referentnog sistema i od toga da li sistem ubrzava ili se kreće konstantnom brzinom. Svaki referentni sistem zahteva koordinatni sistem kojim bi se merile tri prostorne dimenzije i dimenzija vremena. Ajnštajn je tražio teoriju koja bi zadržala isti oblik nezavisno od toga koje bi koordinate prostora i vremena bile upotrebljene u referentnom sistemu. To ga je odvelo do čuvenog principa opštih kovarijansi: fizičke jednačine moraju biti opšte kovarijantne (odnosno, moraju da zadrže isti oblik pri proizvoljnoj izmeni koordinata). Zamislite mrežu za pecanje prebačenu preko stola. Ona predstavlja proizvoljan koordinatni sistem, a površina stola nešto što će zadržati oblik nezavisno od razapinjanja mreže. Obrni, okreni mrežu - površina stola ostaje ista. Svestan da je Rimanova matematika odgovarajući instrument za opisivanje gravitacije i vođen zakonom opšte kovarijanse, Ajnštajn je 1912. godine potražio objekte koji su opšte kovarijantni u Rimanovoj geometriji. Iznenađujuće, naišao je na samo dva dostupna kovarijantna objekta: zapreminu zakrivljenog prostora i zakrivljenost takvog prostora 66

zdls & meteori

(Ričijev tenzor). Bila je to ogromna pomoć: princip opštih kovarijansi pomogao je Ajnštajnu da valjanu teoriju formuliše 1912. godine, posle samo nekoliko meseci proučavanja Rimanovog rada, odnosno Ričijevog tenzora. Iz nekog razloga, odbacio je tu ispravnu ideju i počeo da prati pogrešnu. Razlog je bio zagonetan istoričarima sve do skorašnjeg otkrića Ajnštajnove izgubljene beleške. Te godine, kada je postavio tačnu teoriju gravitacije zasnovanu na Ričijevom tenzoru, napravio je suštinsku grešku. Mislio je da ta teorija narušava takozvani Mahov princip.78 Po jednom tumačenju tog principa, prisustvo materije i energije u kosmosu jednoznačno određuje gravitaciono polje. Kada utvrdite konfiguraciju planeta i zvezda, određena je gravitacija koja ih okružuje. Na primer, bacajte kamenčiće u jezero. Što je kamenčić krupniji, veći su talasi na jezeru. Ukoliko znamo precizne dimenzije kamena, deformacija jezera može da se izračuna. Shodno tome, ako nam je poznata masa Sunca, možemo da odredimo njegovo gravitaciono polje. I baš tu je Ajnštajn napravio veliku grešku. Smatrao je da teorija zasnovana na Ričijevom tenzoru narušava Mahov princip, jer prisustvo materije i energije nije isključivo određivalo gravitaciono polje u okruženju. Zajedno s prijateljem Marselom Grosmanom, pokušao je da postavi skromniju teoriju koja bi bila kovarijantna samo pri rotacijama (ali ne i za sva ubrzanja). Pošto je odbacio princip kovarijantnosti, izgubio je jasne putokaze pa je tri frustrirajuće godine lutao lavirintima Ajnštajn-Grosmanove teorije koja nije bila ni elegantna ni korisna - na primer, nije davala Njutnove jednačine u slučaju slabih gravitacionih polja. Iako je Ajnštajn imao možda i najbolji instinkt od svih fizičara, nije ga sledio. Dok je tragao za pravom jednačinom, Ajnštajn se usredsredio na tri ključna eksperimenta koja su mogla da dokažu njegovu ideju, a odnosila su se na zakrivljenost prostora i vremena: skretanje svetlosti zvezda za vreme pomračenja, crveni pomak i perihel Merkura. Godine 1911, pre rada na zakrivljenosti prostora, Ajnštajn se nadao da će tokom 78

Mahov princip: Preciznije, Mahov princip podrazumeva da je uzrok inercije objekta (time i njegove mase) prisustvo drugih masa u svemiru (na primer, udaljenih zvezda). Mah je ponovo izneo zapažanje poznato još od Njutna, da se površina vode u kofi koju biste zavrteli oko sebe potiskuje nadole (usled centripetalne sile). Što se brže vrti, veće je potiskivanje površine. Ako je sve kretanje relativno, možemo zaključiti i da kofa miruje, a da se, zapravo, oko nje okreću sve udaljene zvezde. Zato - rezonovao je Mah - rotacija udaljenih zvezda izaziva ulegnuće površine vode u kofi koja miruje. Prisustvo udaljenih zvezda određuje inercijalna svojstva kofe vode, uključujući njenu masu. Ajnštajn je prilagodio ovaj zakon tako da podrazumeva da je gravitaciono polje jedinstveno određeno raspodelom masa u svemiru.

67

zdls & meteori

pomračenja Sunca, 21. avgusta 1914, u Sibir poći ekspedicija koja bi potvrdila zakrivljenje putanje svetlosti pod uticajem Sunca. Pomračenje je trebalo da proučava astronom Ervin Finli Frojndlih. Ajnštajn je bio toliko ubeđen u ispravnost svog rada da je isprva ponudio da ambiciozni projekat finansira iz svog džepa. „Ako sve propadne, sam ću finansirati ovaj projekat od svoje ušteđevine, bar 2000 maraka za početak“,79 pisao je. Na kraju je jedan bogati industrijalac pristao da obezbedi sredstva. Frojndlih je otišao u Sibir mesec dana pre Sunčevog pomračenja, ali Nemačka je objavila rat Rusiji i on je sa svojim asistentom zarobljen, a oprema mu je zaplenjena. (Možda je za Ajnštajna bila i srećna okolnost što je ekspedicija 1914. godine bila neuspešna. Da je eksperiment sproveden, rezultati se ne bi složili s vrednostima predviđenim netačnom Ajnštajnovom teorijom i čitav njegov rad bio bi odbačen). Ajnštajn je izračunao kako gravitacija utiče na frekvenciju svetlosti. Ako lansiramo raketu sa Zemlje u kosmos, Zemljina gravitacija će se ponašati kao kočnica, povlačeći raketu nazad. Dakle, energija se troši dok se raketa odupire privlačenju Zemlje. Ajnštajn je pretpostavio da će svetlost emitovanu sa Sunca gravitacija takođe povlačiti unazad, uz gubitak energije. Svetlost neće promeniti brzinu, ali će frekvencija talasa opasti s gubitkom energije izazvanim dejstvom gravitacije. Zbog toga će se frekvencija žute svetlosti smanjiti - svetlost će postajati crvena, kako se bude udaljavala od uticaja gravitacionog polja. Gravitacioni crveni pomak je sasvim neznatan efekat i Ajnštajn je znao da tehnologija tog vremena ne omogućava odgovarajući eksperiment. (Prošle su pune četiri decenije dok se gravitacioni crveni pomak nije mogao ponoviti u laboratorijskim uslovima.) Ajnštajn je pokušao da reši davnašnji problem: zašto je orbita Merkura nepravilna i blago odstupa od Njutnovih zakona. Planete opisuju savršenu elipsu oko Sunca, uz mala odstupanja usled gravitacije susednih planeta, što rezultira trajektorijom nalik na laticu krasuljka. Međutim, orbita Merkura, čak i kad se uzmu u obzir uticaji susednih planeta, pokazuje malu, ali značajnu neusklađenost s Njutnovim zakonima. Ovo odstupanje se zove perihel, a prvi ga je otkrio astronom Irben Leverje, 1859. godine, kada je izračunao malo odstupanje od 43,5 79

„Ako sve propadne, uplatiću za projekat...“: Folsing, str. 320.

68

zdls & meteori

lučnih sekundi po veku koje nije moglo da se objasni Njutnovim zakonima. (Odstupanja od Njutnovog zakona kretanja nisu bila nepoznata. Početkom devetnaestog veka, astronome je zbunjivalo slično odstupanje u orbiti Urana. Suočili su se s neizbežnim izborom: da odbace zakon kretanja ili da konstatuju prisustvo nove, nepoznate planete u orbiti Urana. Fizičari su odahnuli kada je 1846. godine otkrivena nova planeta, nazvana Neptun - upravo na mestu koje se moglo predvideti po Njutnovom zakonu.) Merkur je ostao zagonetka. Da ne bi diskreditovali Njutna, astronomi su, u skladu s dugo poštovanom tradicijom, oglasili postojanje nove planete nazvane Vulkan koja kruži oko Sunca u okviru Merkurove orbite. Međutim, daljim astronomskim istraživanjima noćnog neba nije dokazano postojanje ove planete. Ajnštajn je bio spreman da prihvati mnogo radikalnije rešenje: možda su Njutnovi zakoni bili pogrešni ili bar nepotpuni. Novembra 1915. godine, pošto je protraćio tri godine na Ajnštajn-Grosmanovu teoriju, vratio se Ričijevom tenzoru koji je odbacio 1912. godine i uočio svoju grešku.80 Ajnštajn je tada odustao od koncepta tenzora koji je dopuštao stvaranje više gravitacionih polja od jednog delića materije, što je prividno narušavalo Mahov princip. Ali ideja opštih kovarijansi pomogla mu je da uvidi da su ta gravitaciona polja matematički ekvivalentna i da su davala isti fizički rezultat. Moć opšte kovarijanse na Ajnštajna je ostavila dubok utisak: ne samo da je konkretno usmerila moguću teoriju gravitacije, već je vodila do jedinstvenih fizičkih rezultata jer je sada više gravitacionih rešenja bilo međusobno ekvivalentno. Čineći možda najveći mentalni napor, Ajnštajn se usredsredio na formulisanje jednačine nemilosrdno iznurujući sebe u nastojanju da izračuna perihel Merkura. Beleške pokazuju da je iznova postavljao rešenja, a onda detaljno proveravao da li su u skladu s Njutnovom teorijom u slučaju slabih gravitacionih polja. Zadatak je bio izuzetno Ajnštajn je odbacio Ričijev tenzor...: Opšta kovarijansa podrazumeva da nakon izmene koordinata jednačine održavaju isti oblik (danas se to zove „transformacija opsega „). Ajnštajn nije 1912. godine uviđao da to znači da fizička predviđanja njegove teorije takođe ostaju ista nakon promene koordinata. Zato je iste godine otkrio, na svoj užas, da je njegova teorija imala beskonačno mnogo rešenja za gravitaciono polje oko Sunca. Ali nekoliko godina kasnije iznenada je uvideo da su sva ta rešenja opisivala isti fizički sistem - Sunce. Zato je Ričijev tenzor bio savršeno dobro definisan objekat koji je mogao da jedinstveno opiše gravitaciono polje oko zvezde, u skladu s Mahovim principom. 80

69

zdls & meteori

naporan, pošto je radio sa deset jednačina tenzora, dok je Njutn radio sa samo jednom. Ajnštajn je, potpuno iscrpljen, završio ovaj herkulovski poduhvat krajem novembra 1915. godine. Posle dugotrajnog proračunavanja u okviru svoje stare teorije iz 1912. godine, otkrio je da bi odstupanje Merkurove orbite trebalo da bude 42,9 lučnih sekundi po veku, uz nepreciznost daleko manju od prihvatljive eksperimentalne greške. Ajnštajn skoro da nije poverovao u rezultate. To je bio prvi čvrst eksperimentalni dokaz da je njegova nova teorija tačna. „Narednih nekoliko dana bio sam van sebe od uzbuđenja“,81 sećao se. „Moj najsmeliji san konačno je postao java.“ Ostvario je životni san - da nađe gravitacionu jednačinu relativnosti. Ajnštajna je posebno oduševila činjenica da je kroz apstraktan fizički i matematički princip opšte kovarijanse mogao da dođe do prihvatljivog, preciznog eksperimentalnog rezultata: „Zamislite moju radost zbog praktičnosti opšte kovarijanse i zbog činjenice da su jednačine davale tačno odstupanje Merkurove orbite.“82 Pomoću nove teorije izračunao je stepen skretanja svetlosti zvezda pod uticajem Sunčeve gravitacije. Obuhvatajući u svojoj teoriji i zakrivljenost prostora, dobio je konačan rezultat od 1,7 lučnih sekundi, što je dvaput veća vrednost od prethodne (približno jedan dvehiljaditi deo stepena). Smatrao je da je teorija toliko jednostavna, elegantna i snažna da nijedan fizičar ne može da se odupre njenom hipnotičkom dejstvu. „Teško da iko - ako je zaista razumeo teoriju - može da odoli njenom savršenom šarmu“,83 napisao je. „Teorija poseduje jedinstvenu lepotu.“ Princip opšte kovarijanse bio je zadivljujuće moćna alatka iako je krajnja jednačina, koja je trebalo da opiše strukturu samog univerzuma, kada se napiše bila duga samo 2,5 cm. (I danas fizičare impresionira činjenica da se stvaranje i evolucija kosmosa mogu predstaviti tako kratkom jednačinom. Fizičar Viktor Vajskopf uporedio je svoje divljenje prema Ajnštajnovoj jednačini s pričom o seljaku koji je prvi put video traktor. Posle pažljivog razgledanja, seljak je pogledao ispod haube i u neverici zapitao: „Gde su konji?“)

„Narednih nekoliko dana bio sam van sebe od uzbuđenja...“: Folsing, str. 374. „Zamislite moju radost zbog praktičnosti...“: Ibid., str. 373. 83 „Teško da bilo ko - ako je zaista razumeo...“: Ibid., str. 372. 81 82

70

zdls & meteori

Jedina stvar koja je bacala senku na Ajnštajnov potpuni trijumf bio je manji sukob s Dejvidom Hilbertom, jednim od najvećih matematičara na svetu. Naime, uobličavajući trijumfalnu zamisao o relativnosti, Ajnštajn je u šest dvočasovnih predavanja na Univerzitetu u Getingenu upoznao Hilberta sa svojom teorijom. Međutim, Ajnštajn nije savladao određene matematičke alatke (Bjankijeve identitete), što ga je sprečavalo da izvede svoje Jednačine iz Jednostavne forme zvane „akcija“. Hilbert je kasnije načinio završne korake u računu, zapisao „akciju“ i objavio svoje dostignuće samo šest dana pre Ajnštajna. Ajnštajnu se to nimalo nije svidelo. Verovao je da je Hilbert pokušao da mu ukrade ideju opšte teorije relativnosti i preuzme sve zasluge. Na kraju su izgladili sve nesuglasice, ali Ajnštajn više nije tako lako otkrivao nedovršene radove drugim naučnicima. Postupak kojim je izvedena opšta teorija relativnosti danas je poznat kao Ajnštajn-Hilbertov postupak. Hilbert je verovatno želeo da završi poslednji delić Ajnštajnove teorije. Kako je često govorio: „Fizika je isuviše važna da bi bila ostavljena samo fizičarima“, što je značilo da fizičari nisu imali dovoljno matematičkog znanja za proučavanje prirode. Takav stav delili su i drugi matematičari. Feliks Klajn, takođe matematičar, gunđao je Jer Ajnštajna nisu primarno vodili matematički, već nejasni fizičko-filozofski nagoni. To je, verovatno, suštinska razlika između matematičara i fizičara i upravo zato matematičari nikada nisu uspeli da nadu nove fizičke zakone. Matematičari se bave malim, samodovoljnim domenima - poput izolovanih provincija. Fizičari koriste pregršt Jednostavnih fizičkih principa koji mogu da zahtevaju mnoštvo matematičkih sistema. lako je matematika jezik prirode, pokretačka snaga prirode su fizički principi, na primer, relativnost i kvantna teorija. Novosti o Ajnštajnovoj teoriji gravitacije zasenio je rat. Ubistvo austrougarskog prestolonaslednika Franca Ferdinanda izazvalo je najveće krvoproliće tog vremena. Britanska imperija, austrougarska, ruska i pruska carevina, uvučene su u sukob neslućenih razmera u kome je život izgubilo desetine miliona ljudi. Preko noći, mirni, cenjeni profesori s nemačkih univerziteta postali su krvožedni nacionalisti. Skoro čitav profesorski kadar Berlinskog univerziteta zahvatila je ratna groznica; svu energiju uložili su u ratna dejstva. Dajući podršku kajzeru, devedeset tri istaknuta intelektualca potpisala su zloglasni „manifest 71

zdls & meteori

civilizovanom svetu“ koji je pozivao sve ljude da se ujedine oko kajzera i preteći objavljivao da nemački narod mora poraziti „ruske horde koje su u savezništvu sa Mongolima i crncima počele napad na belu rasu“.84 Manifest je opravdavao nemačku invaziju na Belgiju i ponosno proklamovao: „Nemačka armija i nemački narod su jedno. Svest o tome povezuje sedamnaest miliona Nemaca, bez obzira na obrazovanje, društveni položaj ili partijsku pripadnost.“85 Čak je i Ajnštajnov mentor Maks Plank potpisao manifest, zajedno sa mnogim istaknutim pojedincima. Manifest su podržali i Feliks Klajn, fizičar Vilhelm Rentgen (otkrio je X-zračenje), Valter Nernst i Vilhelm Osvald. Ajnštajn, potvrđeni pacifista, odbio je da potpiše manifest. Georg Nikolaj, Elzin lekar, bio je poznati antiratni aktivista i pokušao je da privoli stotinak intelektualaca da potpišu kontramanifest. Pošto je ratna histerija uveliko zahvatila celu Nemačku, uspeo je da pribavi samo četiri potpisa, među njima i Ajnštajnov. Ajnštajn je vrteo glavom u neverici: ,,Ne može se poverovati šta je Evropa uspela da izazove u svojoj gluposti.“86 Tužno je dodao: ,,U ovakvim trenucima shvatam kakvim jadnim životinjskim vrstama pojedinci pripadaju.“ Ajnštajnov svet uzdrman je još jednom, 1916. godine. Zaprepašćujuća vest odnosila se na Fridriha Adlera, njegovog bliskog prijatelja, fizičara koji mu je velikodušno ustupio mesto profesora na univerzitetu u Cirihu. On je ubio austrijskog kancelara grofa Karla fon Štirka u jednom bečkom restoranu, uzvikujući pri tom: „Dole tiranija! Hoćemo mir!“ Vest da je sin osnivača austrijske Socijaldemokratske partije počinio nezapamćen zločin, zaprepastila je sve Austrijance. Dok je čekao suđenje, Adler se vratio onome što ga je okupiralo u prošlosti i počeo da piše dug esej - kritiku Ajnštajnove teorije relativnosti. Usred pometnje koju je izazvao, bio je okupiran idejom da je našao suštinsku grešku u teoriji relativnosti! Adlerov otac, Viktor, obezbedio je najbolju odbranu. Pošto je znao da u porodici postoje nasledne psihičke bolesti, insistirao je da je njegov sin mentalno neuračunljiv i na osnovu toga tražio blažu kaznu. Kao dokaz njegovog ludila, Viktor je istakao da Adler pokušava da ospori „ruske horde koje su u savezništvu s Mongolima i crncima počele napad na belu rasu.“: Brian, str. 89. „Nemačka armija...“: Sugimoto, str. 51. 86 ,,Ne može se poverovati šta je Evropa uspela da izazove u svojoj gluposti.“: Folsing, str. 343. 84 85

72

zdls & meteori

Ajnštajnovu široko prihvaćenu teoriju relativnosti. Ajnštajn se ponudio da svedoči o njegovom karakteru, ali nije bio pozvan na suđenje. Iako je sud presudio da je Adler kriv i osudio ga na smrt vešanjem, presuda je preinačena u doživotnu robiju jer su se Ajnštajn i drugi zalagali za optuženog. (Ironično, ali s padom vlade posle Prvog svetskog rata, Adler je 1918. godine oslobođen, čak je izabran za poslanika u austrijskoj skupštini i postao je jedna od najvažnijih figura radničkog pokreta.) Rat i veliki mentalni napori87 koje je uložio u stvaranje opšte teorije relativnosti uzeli su danak - ugrozili su Ajnštajnovo krhko zdravlje. Godine 1917. doživeo je nervni slom. Toliko ga je iscrpeo istinski herkulovski podvig da više nije bio sposoban ni da izađe iz stana. Za samo dva meseca smršao je čak 26 kilograma. Postao je tek senka nekadašnjeg Ajnštajna punog energije, umišljao je da umire od raka, iako je dijagnoza bila čir na želucu. Lekar je savetovao potpuni odmor i promenu ishrane. Tokom tog perioda Elza je bila stalno uz njega, negovala ga i pomagala mu da polako povrati zdravlje. Zbližio se sa Elzom i njenim kćerkama, naročito posle preseljenja u njihovo susedstvo. Ajnštajn se konačno oženio Elzom juna 1919. godine. Sledeći svoju preciznu viziju o poželjnom izgledu uvaženog profesora, pomogla mu je da od boema koji je živeo kao pravi neženja postane elegantan, privrženi muž; možda ga je pripremala za sledeću fazu u njegovom životu u kojoj će kao heroj zablistati na svetskoj sceni.

87

Rat i veliki mentalni napori...: Usled haosa koji je izazvao Prvi svetski rat, malo je trebalo da se zatvori berlinski univerzitet kada su studenti preuzeli kontrolu nad studentskim gradom i zarobili rektora. Profesori su se odmah obratili Ajnštajnu za pomoć u pregovorima o puštanju rektora. Ajnštajn je pozvao fizičara Maksa Borna da mu pomogne u pregovorima sa studentima. Born je kasnije zabeležio da su se uputili ,,u bavarsku četvrt kroz ulice pune bučne mladeži divljeg izgleda i s crvenim bedževima... Znalo se da Ajnštajn ima levičarska ubeđenja, bezmalo „crvena“, te da je idealna osoba da pregovara sa studentima“ (Brian, str. 97). Studenti su prepoznali Ajnštajna i preneli mu svoje zahteve. Pristali su da oslobode zarobljenike ako se s tim složi novoizabrani predsednik socijaldemokratske partije, Fridrih Ebert. Ajnštajn i Born su se potom uputili u predsednikovu palatu i uputili mu molbu, a on se složio. Born se kasnije prisećao: „Napustili smo palatu vrlo uzbuđeni, sa osećanjem da smo doprineli istorijskom događaju i iskrenom nadom da je vreme pruske arogancije okončano, da je gotovo s hegemonijom aristokratije, klikom zvaničnika i vojskom - da je Nemačka demokratija izvojevala pobedu.“ Ajnštajn i Born, dva teoretičara fizike koje su zanimale tajne atoma i kosmosa, očito su pronašli praktičniju primenu svog talenta: spašavanje univerziteta.

73

zdls & meteori

P O G L A V LJ E 5

Novi Kopernik

Oporavljajući se od razaranja i haosa Prvog svetskog rata, Ajnštajn je nestrpljivo čekao analizu narednog pomračenja Sunca predviđenog za 29. maj 1919. godine. Britanski naučnik, Artur Edington, goreo je od želje da izvede presudni eksperiment kojim bi proverio Ajnštajnovu teoriju. Edington je bio sekretar Krahevskog astronomskog društva Engleske i jednako su mu bila bliska astronomska osmatranja pomoću teleskopa i matematika opšte teorije relativnosti. Imao je još jedan razlog da obavi eksperiment tokom pomračenja Sunca: bio je kveker i pacifistička ubeđenja sprečavala su ga da se bori na strani britanske armije u Prvom svetskom ratu. Bio je spreman i da ide u zatvor, samo da ne bude vojnik. Zvaničnici s Kembričkog univerziteta bojali su se skandala do koga bi došlo ako bi njihova nova „zvezda“ dospela u zatvor kao dezerter - zato su uspeli da izdejstvuju poštedu za njega, pod uslovom da obavlja civilnu službu, tačnije da vodi eksperiment čiji je cilj bilo ispitivanje pomračenja Sunca i provera Ajnštajnove teorije. Potvrda ili opovrgavanje opšte teorije relativnosti bila je njegova patriotska dužnost, doprinos britanskim ratnim naporima. Artur Edington smestio se na ostrvu Principe, u Gvinejskom zalivu, kraj obale Zapadne Afrike, dok je druga ekipa na čelu sa Endruom Kromelinom zaplovila put Sobrala u severnom Brazilu. Loši vremenski uslovi, posebno kišni oblaci koji su skrivali Sunce, skoro da su uništili čitav eksperiment. Ipak, oblaci su se nekim čudom razišli taman na vreme da se zvezde fotografišu u 1:30 po danu. Prošli su meseci pre nego što su se ekipe vratile u Englesku i pažljivo analizirale prikupljene podatke. Kada je Edington uporedio svoje fotografije sa onim napravljenim istim teleskopom nekoliko meseci ranije u Engleskoj, otkrio je prosečno skretanje svetlosti od 1,61 lučne 74

zdls & meteori

sekunde. Kromelinov tim došao je do vrednosti od 1,98 lučnih sekundi. Prosek ta dva rezultata bio je 1,79 lučnih sekundi, što je potvrdilo Ajnštajnova predviđanja od 1,74 lučne sekunde uz dozvoljenu grešku. Edington se kasnije s ponosom prisećao da je potvrda Ajnštajnove teorije bila najznačajniji trenutak u njegovom životu. Dvadeset drugog septembra 1919. godine, Ajnštajn je napokon dobio depešu od Hendrika Lorenca sa fantastičnim novostima. Ajnštajn je uzbuđeno pisao majci: „Draga majko, danas sam saznao dobre vesti. H. A. Lorenc me je telegrafski obavestio da je engleska ekspedicija potvrdila skretanje sunčeve svetlosti.“88 Navodno, Maks Plank je probdeo celu noć, čekajući da otkrije hoće li pomračenje Sunca potvrditi opštu teoriju relativnosti. Ajnštajn se kasnije šalio: ,,Da je zaista shvatao opštu relativnosti, otišao bi na spavanje kao i svake druge večeri.“89 Iako iznenađujuće vesti o Ajnštajnovoj novoj teoriji gravitacije nijednog njegovog kolegu nisu ostavile ravnodušnim, prava munja zaparala je nebo naučnog sveta tek na sastanku Kraljevskog astronomskog društva u Londonu 6. novembra 1919. godine. Ajnštajn je iznenada od istaknutog berlinskog profesora fizike postao svetski poznat, zaslužni naslednik Isaka Njutna. Filozof Alfred Vajthed se prisećao tog sastanka: „Vladala je napetost kao u grčkoj drami.“90 Prvi govornik bio je ser Frenk Dajson. Rekao je: „Nakon pažljivog proučavanja podataka, mogu reći da bez ikakve sumnje potvrđuju Ajnštajnovo predviđanje. Konačan rezultat govori da svetlost skreće u skladu sa Ajnštajnovim zakonom gravitacije.“91 Nobelovac Džozef Tomson, predsednik Kraljevskog društva, svečano je izjavio da je posredi „jedno od najvećih dostignuća u istoriji ljudske misli.92 To nije otkriće udaljenog ostrva već čitavog kontinenta novih naučnih ideja. Najveće otkriće o gravitaciji još otkad je Njutn objavio svoja načela.“ Legenda kaže da je Edingtona na izlasku zaustavio jedan naučnik i zapitao: „Priča se da samo tri naučnika na svetu shvataju Ajnštajnovu teoriju. Vi mora da ste jedan od njih.“93 Edington je ćutao, pa je „Draga majko, danas sam saznao dobre vesti...“: Sugimoto, str. 57. ,,Da je zaista shvatao...“: Calaprice, str. 97. 90 „Vladala je napetost...“: Parker, str. 124. 91 „Nakon pažljivog proučavanja podataka...“: Ibid. 92 „jedno od najvećih dostignuća u istoriji ljudske misli...“: Clark, str. 290; Parker, str. 124. 93 „Priča se da ..“: Parker, str. 126. 88 89

75

zdls & meteori

sagovornik rekao: ,,Ne budite skromni, Edingtone.“94 Edington je slegnuo ramenima i odgovorio: „Nisam skroman, samo sam se pitao ko bi mogao biti treći.“ Narednog dana, londonski Tajms bio je prekriven naslovima „Revolucija u nauci - Nova teorija o kosmosu - Oborene Njutnove teorije - Važna objava - Kosmos 'zakrivljen''? (Edington je pisao Ajnštajnu: „Cela Engleska priča o vašoj teoriji... Ovo je najbolja stvar koja se mogla desiti za naučne veze između Engleske i Nemačke.“95 Londonske novine su sa odobravanjem isticale da Ajnštajn nije potpisao čuveni manifest devedeset tri nemačka intelektualca koji je razbesneo njihove britanske kolege.) Edington je bio glavni Ajnštajnov zagovornik i „čuvar plamena“ na engleskom govornom području; branio je opštu teoriju relativnosti od svih napada. Poput Tomasa Hakslija u prethodnom veku - „Darvinovog buldoga“ koji je bio vatreni zagovornik jeretičke teorije evolucije u duboko religioznoj Engleskoj - Edington se služio svom silom svoje naučničke reputacije i impresivnom veštinom debatovanja da bi širio ideju relativnosti. Ta čudna sprega dvojice pacifista, kvekera i Jevrejina, pomogla je da ljudi sa engleskog govornog područja prihvate teoriju relativnosti. Priča je tako iznenada iskrsla u medijima da su mnoge novine bile zatečene, pa su grčevito tražili nekog ko poznaje fiziku. Njujork Tajms je u žurbi poslao svog stručnjaka za golf, Henrija Krouča, da izveštava o ovoj iznenadnoj senzaciji; on je pri tom pravio brojne greške. Mančester Gardijan je taj zadatak poverio svom muzičkom kritičaru. Londonski Tajms je uz malo zakašnjenje zamolio Ajnštajna da u posebnom članku objasni novu teoriju. Da bi dočarao princip relativnosti, napisao je u Tajmsu: ,,U Nemačkoj me danas zovu nemačkim naučnikom, a u Engleskoj me predstavljaju kao švajcarskog Jevrejina. Ukoliko postanem crna ovca, opisivači će izmeniti tekst - za Nemce ću biti švajcarski Jevrejin, a za Engleze nemački naučnik.“96 Uskoro su stotine novina vapile za ekskluzivnim intervjuom sa ovim osvedočenim naslednikom Kopernika i Njutna. Ajnštajna su opsedali 94

,,Ne budite skromni, Edingtone...“: Ibid. „Cela Engleska priča o tvojoj teoriji...“: Ibid. 96 ,,U Nemačkoj me danas zovu nemačkim naučnikom...“: Ibid., str. 451. 95

76

zdls & meteori

novinari koji su izgarali od želje da što pre naprave reportažu. Činilo se da Ajnštajn pokriva naslovne strane svih novina na svetu. Možda je Javnost, iscrpljena pokoljima i besmislenim divljaštvom Prvog svetskog rata, žudela za novim junakom koji je zakoračio u najdublje ljudske mitove i legende o zvezdama na nebu, o čijim su tajnama ljudi oduvek sanjali. Ajnštajn je preinačio uobičajenu predstavu o geniju. Ljudi su se oduševljavali što taj glasnik sa zvezda nije bio nepristupačni čudak već mladi Betoven - s razbarušenom kosom i pogužvanom odećom - koji se šalio s novinarima i razgaljivao javnost dosetkama. Ajnštajn je pisao prijatelju: „Svaki kočijaš i konobar raspravlja o tome da li je teorija relativnosti ispravna. Stav pojedinca o ovoj temi zavisi od političke partije koju podržava.“97 Nakon izvesnog vremena, počeo je da otkriva tamniju stranu popularnosti. ,,U poplavi novinskih članaka“, pisao je, ,,bio sam zatrpan pitanjima, pozivima, izazovima, toliko da sam sanjao da gorim u paklu i da je poštar sam đavo koji bez kraja riče na mene, gađajući me u glavu gomilama novih pisama zato što nisam odgovorio na stara“.98 Zaključio je: „Ovaj svet je ludnica puna radoznalaca.“99 Sebe je video u centru tog, kako ga je nazvao, „cirkusa relativnosti“. Ajnštajn se žalio: „Osećam se pomalo poput kurve. Svi žele da znaju šta radim.“100 Radoznalci, čudaci, upravnici cirkusa, svi su želeli delić Alberta Ajnštajna. Berliner Ilustrite Cajtungpisaoje o samo nekim problemima s kojima se mladi naučnik iznenada suočio - odbio je velikodušnu ponudu organizatora programa londonskog Paladijuma da nastupa zajedno s komičarima, hodačima na žici i gutačima vatre. Ajnštajn je ljubazno odbijao ponude koje bi od njega napravile čudo, ali nikako nije mogao sprečiti da se bebama i markama cigareta daje njegovo ime. Budući tako značajno, Ajnštajnovo otkriće moralo je podstaći armiju skeptika na protivudar. Skeptike je predvodio Njujork Tajms. Nakon što su se povratili od početnog šoka zbog izgubljene trke s britanskim kolegama, urednici su počeli da se podsmevaju britanskoj lakovernosti i slepoj spremnosti da prihvate Ajnštajnove teorije. Njujork Tajms je pisao da je Britance „izgleda uhvatila intelektualna panika kada su čuli da je „Svaki kočijaš i konobar...“: Ibid., str. 343. ,,U poplavi novinskih članaka...“: Cropper, str. 217. 99 „Ovaj svet je ludnica puna radoznalaca...“: Ibid., str. 217. 100 „Osećam se pomalo poput kurve...“: Brian, str. 106. 97 98

77

zdls & meteori

Ajnštajnova teorija potkrepljena fotografijama... Polako se oporavljaju, uviđajući da Sunce još uvek izlazi - po svemu sudeći - na istoku.“101 Sumnju urednika u Njujorku naročito je pobuđivala činjenica da je tek nekoliko ljudi na svetu moglo da shvati teoriju. Upirali su prstom na nedemokrate i protivnike Amerike. Zar je jedan šaljivdžija uspeo da obmane čitav svet? U akademskom svetu, najistaknutiji skeptični protivnik bio je Čarls Lejn Pur, profesor nebeske mehanike sa Univerziteta Kolumbija. Poveo je napad izjavljujući (pogrešno): „Navodni astronomski dokazi teorije, kako ju je Ajnštajn izneo, ne postoje.“102 Pur je uporedio autora teorije relativnosti s likovima iz knjiga Luisa Kerola: „Pročitao sam razne tekstove o četvrtoj dimenziji, o Ajnštajnovoj teoriji relativnosti i drugim psihološkim spekulacijama o svemiru; nakon tih tekstova znao sam kako se osećao senator Brendidži posle čuvene večere u Vašingtonu.103 'Izgledalo mi je', rekao je, 'kao da sam lutao sa Alisom po Zemlji čuda i pio čaj s Ludim šeširdžijom.'„ Inženjer Džordž Fransis Žilet izjavio je da je relativnost „fizika ukrštenih očiju... potpuno suluda... plačljivo mentalno dete moronskog intelekta... najgore lupetanje... i vudu besmislica.104 Do 1940. godine, teorija relativnosti biće smatrana šalom. Ajnštajn će dotad već biti mrtav i sahranjen kraj Andersena, braće Grim i Ludog šeširdžije.“ Ironično zvuči, ali istorija danas pamti ove skeptike samo po besmislenim napadima na teoriju relativnosti. Fiziku ne definiše želja za što većom čitanošću Njujork Tajmsa, već pažljivo izvedeni eksperimenti. Maks Plank je jednom rekao povodom žestokih kritika s kojima se suočio iznoseći kvantnu teoriju: „Nova naučna istina ne postaje pravilo kada protivnici izjave da su ubeđeni u njenu istinitost, nego kad oponenti s vremenom umru, a mlađe generacije otkriju istinu od samog početka.“105 Sam Ajnštajn je zapazio: „Velike duše oduvek su nailazile na protivljenje osrednjih umova.“106 Nažalost, novinarsko ulagivanje Ajnštajnu podsticalo je mržnju, zavist i zatucanost rastuće armije njegovih protivnika. Najozloglašeniji antisemita među fizičarima bio je Filip Lenard, nobelovac koji je otkrio „izgleda uhvatila intelektualna panika...“: Ibid., str. 102. „Navodni astronomski dokazi...“: Ibid., str. 101. 103 „Pročitao sam razne tekstove o četvrtoj dimenziji...“: Ibid., str. 102. 104 „fizika ukrštenih očiju... potpuno suluda...“: Ibid., str. 103. 105 „Nova naučna istina ne postaje pravilo...“: Folsing, str. 199. 106 „Velike duše oduvek su nailazile na nasilno protivljenje...“: Pais, Einstein Lived Here, str. 219. 101 102

78

zdls & meteori

osnovnu frekventnu zavisnost fotoelektričnog efekta - taj rezultat je kasnije konačno potvrdio Ajnštajn u teoriji o svetlosnom kvantu, fotonu. Tokom boravka u Hajdelbergu i Mileva je slušala Lenardova predavanja. U ostrašćenim tekstovima, Lenard je opisivao Ajnštajna kao „jevrejskog prevaranta“ i tvrdio da je teorija relativnosti „mogla biti raskrinkana na samom početku - da je teorija o rasama šire prihvaćena pošto je Ajnšajn Jevrejin.“107 Našao se na čelu Antirelativističke lige posvećene proterivanju „Jevrejske fizike“ iz Nemačke i uspostavljanju čiste arijevske fizike. Lenard nije bio jedini fizičar s takvim stavovima. Njegova uverenja delili su brojni nemački naučnici, uključujući nobelovce Johanesa Štarka i Hansa Gajgera (izumitelja Gajgerovog brojača). Avgusta 1920. godine, ova grupa zatrovana mračnim idejama iznajmila je ogromnu zgradu Berlinske filharmonije da bi na skupu osporili teoriju relativnosti. Začudo, Ajnštajn je bio u publici. Dostojanstveno je podneo optužbe neumornih govornika da je rob popularnosti, plagijator i šarlatan. Narednog meseca ponovo je došlo do sličnog suočavanja, ovog puta na sastanku Društva nemačkih naučnika u Bad Nauhajmu. Ulaz u zgradu čuvali su naoružani policajci koji su gasili svaku iskru nasilja. Svaki Ajnštajnov pokušaj da odgovori na Lenardove žestoke napade sprečavale su salve podsmeha i urlika. Vest o tom sukobu odjeknula je kao bomba u Londonu, a Britance su uznemirile glasine o tome da se u Nemačkoj vrše pritisci na velikog nemačkog naučnika da napusti domovinu. Predstavnik nemačkog ministarstva inostranih poslova u Londonu je, želeći da smiri strasti, izjavio da bi za nemačku nauku bila prava katastrofa kada bi Ajnštajn otišao iz Nemačke i da ,,ne smemo oterati takvog čoveka... koji nam može poslužiti za efikasnu kulturnu propagandu“.108 Aprila 1921. godine, preplavljen pozivima iz svih krajeva sveta, Ajnštajn je odlučio da iskoristi svoju popularnost da bi ljudima približio ne samo teoriju relativnosti, već i druge svoje ideje u koje su spadali mir i cionizam. Ponovo je otkrivao vlastite jevrejske korene.109 U dugim „mogla biti raskrinkana na samom početku -...“: Sugimoto, str. 66. ,,ne smemo oterati takvog čoveka...“: Brian, str. 113. 109 Napokon je ponovo otkrio svoje jevrejske korene ...: Treba napomenuti da su se Ajnštajnove cionističke kolege često pribojavale da bi on, budući bez dlake na jeziku, mogao reći štogod sa čime se nisu slagali. Na primer, Ajnštajn je jednom rekao da bi domovina Jevreja trebalo da bude u Peruu jer se niko ne bi morao iseljavati ako bi se tamo nastanili Jevreji. Često je naglašavao da su prijateljstvo i 107 108

79

zdls & meteori

razgovorima sa svojim prijateljem Kurtom Blumenfeldom počeo je da spoznaje duboke, vekovne patnje jevrejskog naroda. Pisao je kako je Blumenfeld odgovoran za to ,,što sam postao svestan svoje jevrejske duše“.110 Haim Vajcman, vodeći cionista, usredsredio se na poduhvat da iskoristi Ajnštajna za prikupljanje sredstava za Jevrejski univerzitet u Jerusalimu. Plan je predviđao Ajnštajnovu posetu Americi. Čim je brod sa Ajnštajnom prispeo u njujoršku luku, na naučnika su navalili reporteri željni da ga vide. Duž njujorških ulica masa građana je pratila kolonu vozila sa uvaženim gostom, kličući dok im je on mahao iz limuzine sa otvorenim krovom. „Ovo je kao u Barnamovom cirkusu!“,111 rekla je Elza kada je neko bacio buket na nju. Ajnštajn se našalio: „Njujorške dame svake godine menjaju modu. Ove godine u modi je relativnost.“112 Onda je dodao: „Podsećam li bar malo na šarlatana ili na majstora hipnoze, čim privlačim ljude poput klovna?“ Kao što se i očekivalo, Ajnštajn je pobudio ogromno interesovanje javnosti i podstakao cionističke ciljeve. Sale u kojima je gostovao bile su dupke pune dobronamernih ljudi, radoznalaca i poštovalaca Jevreja. Sila od osam hiljada duša113 nekako je uspela da se smesti u salu Šesnaestog puka na Menhetnu, dok je tri hiljade njih ostalo napolju, željno makar Jednog pogleda genija. Jedan od najblistavijih trenutaka turneje bilo je gostovanje u Siti koledžu u Njujorku. Isidor Isak Rabi, potonji dobitnik Nobelove nagrade, beležio je svaki detalj Ajnštajnovog predavanja i zaključio da Ajnštajn, za razliku od drugih fizičara, opčinjava ljude svojom harizmom. (Na zidu u kancelariji direktora njujorškog Siti koledža i danas visi fotografija Ajnštajna okruženog studentima te škole.) Nakon Njujorka, Ajnštajn je na svom putovanju po Sjedinjenim Državama pod pritiskom poštovalaca morao da poseti brojna mesta, između ostalog i nekoliko velikih gradova. U Klivlendu ga je odjednom spopalo tri hiljade ljudi. Uspeo je da pobegne „verovatno zahvaljujući naporima odreda Jevrejskih ratnih veterana koji su se suprotstavili međusobno poštovanje između Jevreja i Arapa najvažniji činioci u svakom nastojanju da se na Bliskom istoku formira jevrejska država. Jednom prilikom je zapisao: „Bilo bi mi milije da se sa Arapima postigne dogovor o mirnom suživotu, nego da se formira jevrejska država“ (Calaprice, str. 135). 110 „što sam postao svestan svoje jevrejske duše...“: Brian, str. 120. 111 „Ovo je kao u Barnamovom cirkusu!“: Ibid., str. 121. 112 „Njujorške dame...“: Sugimoto, str. 74. 113 „Sila od osam hiljada duša...“: Brian, str. 123.

80

zdls & meteori

ludačkoj želji okupljenih ljudi da vide Ajnštajna“.114 U Vašingtonu se sreo s predsednikom Vorenom Hardingom. Nažalost, nisu mogli da razgovaraju, pošto Ajnštajn nije znao engleski, a Harding nije govorio ni nemački ni francuski. (Ajnštajn je na svom vrtoglavom putovanju skupio skoro milion dolara; tokom jedne večere u hotelu Valdorf Astorija na kojoj je govorio pred osamsto Jevrejskih doktora, dobio je 250.000 dolara.) Tokom posete Americi ne samo da je otkrio milionima Amerikanaca misteriju prostora i vremena, već je i potvrdio svoju duboku i iskrenu posvećenost jevrejskim ciljevima. Odrastajući u prijatnom okruženju evropske porodice iz srednje klase, nikada nije imao neposrednih susreta s patnjama Jevreja širom sveta. Napisao je: „Prvi put u životu video sam Jevreje en masse.115 Tek u Americi otkrio sam Jevrejski narod.116 Video sam mnoge Jevreje, ali ni u Berlinu niti bilo gde u Nemačkoj nisam sreo Jevrejski narod. Jevreji koje sam sreo u Americi došli su iz Rusije, Poljske, uglavnom iz Istočne Evrope.“ Nakon Sjedinjenih Država, Ajnštajn je otišao u Englesku. Upoznao je nadbiskupa od Kenterberija i umirio zabrinuto sveštenstvo uveravajući ih da teorija relativnosti ne ugrožava ljudski moral i religiozna ubeđenja. Na ručku kod Rotšildovih video je velikog klasičnog fizičara lorda Rejlija koji mu je rekao: „Ako su vaše teorije tačne, rekao bih... da se neke stvari, na primer, normansko osvajanje, Još uvek nisu desile.“117 Kada su lord Holdejn i njegova kćerka predstavljeni Ajnštajnu, mlada dama se onesvestila. Ajnštajn je stigao i da oda počast Isaku Njutnu položivši venac na njegov grob u Vestminsterskoj opatiji, najsvetijem engleskom tlu. Marta 1922. godine, Ajnštajn je pozvan da održi govor u College de France, gde su ga opseli pariski novinari i ogromna masa poštovalaca. Jedan novinar je primetio: „Postao je opštepopularan. Akademici, političari, umetnici, policajci, taksisti i džeparoši znaju kada Ajnštajn drži predavanja. Ceo Pariz zna sve i priča i više nego što zna o Ajnštajnu.“118 Poseta je izazvala i suprotne reakcije - pojedini naučnici, Još uvek ne dozvoljavajući da ratne rane zacele, bojkotovali su „verovatno zahvaljujući naporima...“: Ibid., str. 130. „Prvi put u životu...“: Pais, Einstein Lived Here, str. 154 116 „Tek u Americi otkrio sam...“: Folsing, str. 505. 117 „Ako su vaše teorije tačne, rekao bih...“: Brian, str. 131. 118 „Postao je opštepopularan...“: Pais, Einstein Lived Here, str. 152. 114 115

81

zdls & meteori

predavanje uz izgovor da ne mogu prisustvovati jer Nemačka nije član Lige naroda. (Pariske novine su se podsmehivale: „Kada bi neki Nemac otkrio lek protiv raka ili tuberkuloze, da li bi tih trideset naučnika čekalo da Nemačka postane član Lige naroda pre nego što ga upotrebe?“119) Ajnštajna je u Nemačkoj dočekao politički nestabilan posleratni Berlin. Bilo je to vreme političkih ubistava. Vođe socijalista, Roza Luksemburg i Karl Libkneht, ubijeni su 1919. godine. Aprila 1922. godine, Valtera Ratenaua, jevrejskog fizičara i nemačkog ministra inostranih poslova, pokosio je rafal dok se vozio u svom automobilu. Nekoliko dana kasnije, Maksimilijan Harden, još jedan istaknuti Jevrejin, teško je ranjen u atentatu. Zbog Ratenauove smrti proglašen je dan žalosti - zatvorena su pozorišta, škole i univerziteti. Zgradu Parlamenta okružilo je milion ljudi koji su u tišini prisustvovali sahrani. Ali Filip Lenard je odbio da otkaže predavanja na Institutu za fiziku u Hajdelbergu. (Pre sahrane, čak je i odobravao Ratenauovo ubistvo.120 Na dan sahrane, grupa radnika pokusala je da ga ubedi da otkaže predavanja, a on ih je polio vodom s drugog sprata instituta. Radnici su onda provalili u zgradu i izvukli Lenarda napolje. Policija je stigla na vreme i sprečila ih da ga bace u reku.) Ište godine, mladi Nemac, Rudolf Lajbus, uhapšen je u Berlinu zato što je nudio nagradu za ubistvo Ajnštajna i drugih intelektualaca tvrdeći „da je ubijanje tih pacifističkih vođa patriotska dužnost.“121 Proglašen je krivim, ali je kažnjen samo novčanom kaznom od svega šesnaest dolara. (Ajnštajn je ovakve pretnje antisemita i poremećenih osoba shvatao krajnje ozbiljno. Mentalno neuravnotežena ruska emigrantkinja Eugenija Dikson122 napisala mu je niz pretećih pisama u kojima je tvrdila da je on prevarant prerušen u pravog Ajnštajna, a potom je upala u njegovu kuću s namerom da ga ubije. Pre nego što je ta luda žena stigla da napadne Ajnštajna, Elza je uspela da je savlada rvući se s njom na ulazu i da pozove policiju.) Suočen s pretećom plimom antisemitizma, Ajnštajn se odlučio na još jednu svetsku turneju - ovog puta po Orijentu. Kada su od filozofa i „Kada bi neki Nemac otkrio lek protiv raka...“: Sugimoto, str. 63. „Pre sahrane, čak je i odobravao Ratenauovo ubistvo.“: Ibid., str. 64. 121 ,,da je ubijanje tih pacifističkih vođa patriotska dužnost...“: Clark, str. 360 122 „Mentalno neuravnotežena ruska emigrantkinja...“: Brian, str. 150. 119 120

82

zdls & meteori

matematičara Bertranda Rasela, koji je u to vreme bio u poseti Japanu, domaćini zatražili da preporuči neke od najznačajnijih savremenika koji bi održali predavanja u njihovoj zemlji, on je bez razmišljanja izdvojio Lenjina i Ajnštajna. Kako Lenjin, razumljivo, nije bio na raspolaganju, poziv je otišao na Ajnštajnovu adresu. On ga je prihvatio i počeo novu odiseju januara 1923. godine. „Život je poput vožnje bicikla. Da biste održali ravnotežu, morate se neprestano kretati“,123 pisao je. Tokom posete Japanu i Kini, Ajnštajn je primio poruku iz Stokholma na koju se - mnogi su se slagali - previše čekalo. Telegram je potvrdio da je dobio Nobelovu nagradu za fiziku, ali ne za teoriju relativnosti, njegovo vrhunsko dostignuće, već za otkriće fotoelektričnog efekta. Prilikom primanja Nobelove nagrade naredne godine, po ko zna koji put šokirao je javnost. Nije govorio o fotoelektričnom efektu, kao što su mnogi očekivali, već o relativnosti. Zašto je Ajnštajn, najistaknutija i najpoštovanija figura u fizici, morao toliko da čeka na Nobelovu nagradu? Ironično zvuči, ali Komitet za dodelu Nobelovih nagrada ga je od 1910. do 1921. godine osam puta odbijao. U tom periodu, brojni eksperimenti potvrdili su teoriju relativnosti. Sven Hedin, član Komiteta za nominovanje za Nobelovu nagradu, kasnije je priznao da je probleme stvarao Lenard koji je imao veliki uticaj na članove - uključujući i samog Hedina. Fizičar Robert Miliken, nobelovac, prisećao se da je Komitet za nominovanje, ne mogavši da se složi po pitanju relativnosti, naložio jednom svom članu da da sud o toj teoriji: „Dugo je proučavao Ajnštajnovu teoriju relativnosti. Nije mogao da je shvati. Zato se nije usudio da odobri da se Ajnštajnu nagrada dodeli za teoriju za koju bi se kasnije moglo ispostaviti da je netačna.“124 Ajnštajn je ispunio obećanje i poslao novac od Nobelove nagrade Milevi, kao što je bilo navedeno u njihovom brakorazvodnom sporazumu (32.000 dolara iz 1923. godine). Ona je od toga kupila tri kuće u Cirihu. Treća i četvrta decenija prošlog veka načinile su od Ajnštajna setskog velikana.125 Novine nisu prestajale da traže intervjue, njegovo lice se „Život je poput vožnje bicikla...“: Ibid., str. 146. „Dugo je proučavao...“: Brian, str. 144. 125 Treća i četvrta decenija prošlog veka načinile su od Ajnštajna svetskog velikana...: Ajnštajn, lavovska figura nemačkog društva, neprestano je bio okružen bogatim darovateljima koji su bili radi da čuju 123 124

83

zdls & meteori

smešilo sa naslovnih strana, bio je preplavljen pozivima da drži predavanja, a novinari su neumorno objavljivali i najmanji detalj iz njegovog života. Ajnštajn je u šali sebe poredio s kraljem Midom (koji je sve što bi dotakao pretvarao u zlato), s tom razlikom što se sve što bi dotakao pretvaralo u naslov u novinama. Diplomci Njujorškog univerziteta su 1930. godine za najpopularniju osobu na svetu odabrali Čarlsa Lindberga, a odmah iza njega Ajnštajna, zanemarujući sve holivudske filmske zvezde. Gde god bi se Ajnštajn pojavio, iskrsla bi neviđena masa obožavalaca. Četiri hiljade ljudi skoro da su izazvali nerede dok su pokušavali da se probiju na projekciju filma o teoriji relativnosti u Američkom prirodnjačkom muzeju u Njujorku. Nekoliko poslovnih ljudi je finansiralo izgradnju Ajnštajnovog tornja u nemačkom gradu Potsdamu, 1924. godine - bila je to solarna opservatorija futurističkog izgleda sa 16 metara visokim teleskopom. Umetnici i fotografi koji su želeli da uhvate izraz lica genija toliko su ga tražili da je Ajnštajn opisu svog posla dodao ,,umetnički model.“ Ovog puta nije ponovio grešku koja ga j koštala braka s Milevom. Elzu nije zanemarivao i ostavljao kod kuće dok bi putovao, već ju je vodio sa sobom da upozna moćnike, slavne ličnosti i aristokratiju. Elza je, zauzvrat, obožavala svog muža i ponosila se njegovom svetskom slavom. Bila je „blaga, topla, majčinski brižna, tipična pripadnica građanske klase i volela je da se stara o svom Albertliju“.126 Godine 1930. Ajnštajn je ponovio trijumfalno gostovanje u Sjedinjenim Državama. Prilikom Ajnštajnove posete San Dijegu, humorističar Vil Rodžers je zapazio: „Jeo je sa svima, pričao sa svakim, pozirao za svakog kome je uopšte preostao neki snimak, prisustvovao svim ručkovima, večerama, filmskim premijerama, svakom venčanju i na dve trećine razvoda. On se, zapravo, pokazao kao tako dobar momak

njegovu duhovitost i mudrost. Mnogi od njih izdašno su novčano pomagali Ajnštajnova omiljena dobrotvorna udruženja. Poneki bi, s vremena na vreme, poslali svoju limuzinu kojom bi se Ajnštajn prevezao do svog letnjikovca u Kaputu, odvezao na koncert ili na organizovano prikupljanje dobrotvornih priloga. Nisu se mogle izbeći glasine o njegovim navodnim aferama. Ako se istraži izvor tih glasina, vidi se da one uglavnom potiču od sećanja sobarice u letnjikovcu, Herte Valdou, koja je prodala svoju priču novinama. Ipak, ona nije imala nikakav dokaz o bilo kakvim neverstvima. Štaviše, Konrad Vahzman, arhitekta koji je pomogao pri nacrtu plana za izgradnju letnjikovca u Kaputu, imao je uvida u dešavanju u Ajnštajnovom domu i zaključio je da su sve veze bile potpuno bezazlene. Verovao je da su gotovo sve bile platonske, te da Ajnštajn nikada nije prevario Elzu ni s jednom od tih žena. 126 „blaga, topla, majčinski brižna...“: Cropper, str. 217.

84

zdls & meteori

da niko nije smogao snage da ga upita o čemu je ta njegova teorija.“127 Posetio je Kalifornijski institut za tehnologiju i opservatoriju u Maunt Vilsonu, susrevši se sa astronomom Edvinom Hablom koji je potvrdio neke Ajnštajnove teorije o kosmosu. Bio je i u Holivudu, gde su ga dočekali kao najveću filmsku zvezdu. Elza i on su 1931. godine prisustvovali svetskoj premijeri Čaplinovog filma Svetlosti velegrada. Ljudi su se tiskali u ogromnoj gužvi pokušavajući da bace pogled na čuvenog naučnika okruženog holivudskim kremom. Prilikom predstavljanja filma, dok je publika oduševljeno klicala njemu i Ajnštajnu, Čaplin je zapazio: „Meni aplaudiraju zato što me svako razume, a vama zato što vas niko ne razume.“128 Zbunjen histerijom koju su slavne ličnosti izazvale, Ajnštajn je zapitao šta sve to znači. Čaplin je mudro odgovorio: „Ništa.“ (Tokom posete čuvenoj njujorškoj Riversajdskoj crkvi, zapazio je na staklenom prozoru s portretima velikih svetskih filozofa, vođa i naučnika i svoj lik. Našalio se: „Mogu da zamislim da me proglase jevrejskim svecem, ali nikada mi ne bi palo na pamet da bih mogao biti protestantski svetac!“129) Ajnštajn je pobuđivao pažnju i zbog svojih razmišljanja o filozofiji i religiji. Njegov susret s nebelovcem Rabindranatom Tagoreom, indijskim mistikom, pobudio je 1930. Godine veliko interesovanje novinara. Bili su zanimljiv par - Ajnštajn s razbarušenom sedom kosom i Tagore s jednako impozantnom dugom, belom bradom. Jedan novinar je primetio: „Bilo je interesantno videti ih zajedno - Tagore, pesnik s likom mislioca i Ajnštajn, mislilac pesničkog lika. Izgledalo je kao da su se dve planete srele da malo proćaskaju.“130 Još otkad je kao školarac čitao Kanta, Ajnštajn je bio podozriv prema tradicionalnoj filozofiji, koja se - smatrao je - često izopači u pompezno, ali, u suštini, pojednostavljeno umetničarenje. Pisao je: „Nije li čitava filozofija slatkorečiva? Čini se divnom kada je upoznate, ali kada je ponovo sagledate, sva lepota je nestala. Ostaju samo koještarije.“131 Tagore i Ajnštajn sukobili su se oko pitanja može li svet da postoji nezavisno od ljudi. Dok se Tagore držao mističnog uverenja da je „Jeo je sa svima...“: Pais, Einstein Lived Here, str. 184. „Meni aplaudiraju...“: Sugimoto, str. 122. 129 „Mogu da zamislim...“: Brian, str. 205. 130 „Bilo je interesantno videti ih zajedno -...“: Calaprice, str. 336. 131 „Nije li čitava filozofija slatkorečiva?...“: Pais, Subtle Is the Lord, str. 318. 127 128

85

zdls & meteori

ljudsko bivstvovanje suštinsko za postojanje realnosti, Ajnštajn je smatrao da „svet, fizički posmatrano, postoji nezavisno od ljudske svesti“.132 Iako su im se mišljenja o fizičkoj realnosti razlikovala, bolje su se slagali po pitanju religije i morala. Ajnštajn je smatrao da kada je reč o etici, moralnost definišu ljudi, ne Bog. „Moralnost je apsolutno najznačajnija - ali za nas, ne za Boga“,133 zapažao je Ajnštajn. ,,Ne verujem u besmrtnost pojedinca i smatram da je etika isključivo ljudska kategorija iza koje ne stoji nadljudski autoritet.“ Premda skeptičan prema tradicionalnoj filozofiji, duboko je poštovao tajne kojima se bavi religija, posebno prirodu postojanja. Pisao je: „Nauka bez religije je sakata, religija bez nauke je slepa.“134 Smatrao je zaokupljenost misterijama izvorom celokupne nauke: „Sva fina razmišljanja u nauci potiču iz dubokog religioznog osećaja.“ Ajnštajn je pisao: ,,Najlepše i najdublje iskustvo koje čovek može doživeti jeste osećaj tajnovitog. To je osnovni princip religije i svih ozbiljnih poduhvata u umetnosti i nauci.“135 Zaključio je: „Ako u meni ima nešto što se može nazvati religioznim, onda je to neograničeno divljenje prema strukturi sveta u meri u kojoj je nauka može otkriti.“136 Godine 1929. napisao je možda najelegantnije i najjasnije zapažanje o religiji: „Nisam ateista, a ne bih se mogao nazvati ni panteistom. Mi smo poput deteta koje ulazi u golemu biblioteku prepunu knjiga na raznovrsnim jezicima. Dete zna da je neko morao napisati te knjige, ali ne zna kako. Ne razume jezike na kojima su napisane. Nejasno naslućuje da postoji tajnovito pravilo po kome su knjige poređane, ali ne zna kakvo. To je, rekao bih, stav koji čak i najinteligentnije ljudsko biće ima prema Bogu. Shvatamo da je kosmos čudesno uređen i da poštuje određene zakone koje jedva da naslućujemo. Naši ograničeni umovi ne mogu sagledati tajanstvenu silu koja pokreće sazvežda. Spinozin panteizam me fascinira, ali više cenim njegov doprinos modernoj misli, jer je prvi filozof koji je dušu i telo sagledavao kao celinu, a ne kao dva zasebna entiteta.“137 Ajnštajn je u više navrata isticao razliku između dva tipa Boga koji se često izjednačavaju u diskusijuma o religiji. Postoji lični Bog, onaj koji „svet, fizički posmatrano,...“: Pais, Einstein Lived Here, str. 186. „Moralnost je apsolutno najznačajnija ...“: Calaprice, str. 293. 134 „Nauka bez religije je sakata...“: Pais, Einstein Lived Here, str. 122. 135 „Najlepše i najdublje iskustvo...“: Ibid., str. 119. 136 „Ako u meni ima nešto što se može nazvati religioznim...“: Sugimoto, str. 113. 137 „Nisam ateista...“: Brian, str. 186. 132 133

86

zdls & meteori

odgovara na molitve, razdvaja mora i čini čuda. To je Bog iz Biblije, koji se direktno i očigledno meša u ljudski život. Ajnštajn je verovao u drugog Boga, Spinozinog, koji je stvorio jednostavne i elegantne zakone što vladaju kosmosom. Čak i usred tog medijskog cirkusa, Ajnštajn nekim čudom nije izgubio fokus i nastavio je da ispituje kosmičke zakone. Na prekookeanskom brodu ili u vozu, uspevao je da se posveti svom radu. U tom periodu bio je zanet idejom da ga njegove jednačine odvedu do rešenja same strukture kosmosa.

87

zdls & meteori

P O G L A V LJ E 6

Veliki prasak i crne rupe

Ima li kosmos početak? Da li je konačan ili beskonačan? Hoće li mu doći kraj? Razmatrajući šta njegova teorija može reći o kosmosu, Ajnštajn je, poput Njutna, naišao na ista pitanja koja su zbunjivala fizičare u proteklim vekovima. Godine 1692, pet godina po završetku svog remek-dela Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, Njutn je dobio uznemirujuće pismo od sveštenika Ričarda Bentlija. Bentli je zaključio sledeće: ako je gravitacija isključivo privlačna, nikako odbojna sila, onda bi svaka statična skupina zvezda morala da se uruši u sebe. To jednostavno ali značajno zapažanje bilo je zbunjujuće - iako se kosmos činio dovoljno stabilnim, njegova unutrašnja gravitacija dovela bi, u dovoljno dugom vremenskom periodu, do njegovog kolapsa! Bentli je izdvojio ključni problem svake kosmologije u kojoj je gravitacija bila privlačna sila: kosmos mora biti nestabilan i dinamičan. Nakon što je ozbiljno razmotrio to pitanje, Njutn je napisao Bentliju pismo u kome je istakao da je takav kolaps nemoguć samo ako se kosmos sastoji od beskonačnog, uniformnog skupa zvezda. Ukoliko je kosmos zaista beskrajan, zvezde privlači jednaka sila u svim pravcima, tako da kosmos može biti stabilan čak i ako je gravitacija isključivo privlačna. Njutn je pisao: „ Ako je materija ravnomerno rasprostranjena u beskonačnom kosmosu, nikada neće moći da se sabije u jedinstvenu masu... i tako mogu nastati Sunce i stabilne zvezde.“138 Takva pretpostavka povlači za sobom drugi, dublji problem Olbersov paradoks, koji se može svesti na pitanje: „Zašto je noćno nebo tamno?“ Ako je kosmos zaista beskonačan, statičan i uniforman, onda 138

„Ako je materija ravnomerno...“: Misner et al., str. 756.

88

zdls & meteori

bismo morali videti zvezdu gde god pogledali u nebo. To znači da bi do nas trebalo da dopire beskonačno mnogo zvezdanog svetla pa bi noćno nebo bilo belo, ne tamno. Znači, ako je kosmos uniforman i konačan, morao bi da kolapsira, ali ukoliko je beskonačan, nebo bi trebalo da gori! Više od dvesta godina kasnije, Ajnštajn se suočio sa istim problemom, ali u drugom obliku. Godine 1915, kosmos je bio poznato, prijatno mesto koje se sastojalo od statične, stabilne galaksije Mlečni put. Taj svetlosni trag koji je blistao na noćnom nebu činile su milijarde zvezda. Ali kada je Ajnštajn počeo da rešava svoje jednačine, uznemirilo ga je neočekivano opažanje. Pretpostavio je da je kosmos ispunjen uniformnim gasom - aproksimacijom zvezda i oblaka prašine. Na svoje zaprepašćenje, otkrio je da je kosmos dinamičan, sklon širenju ili skupljanju, nikada stabilan. Uskoro se našao u živom pesku kosmoloških pitanja koja su vekovima unatrag zbunjivala filozofe i fizičare poput Njutna. Konačni univerzumi nikada ne mogu biti stabilni zbog gravitacije. Prinuđen da se, kao Njutn, suoči sa skupljanjem ili širenjem dinamičnog kosmosa, Ajnštajn još uvek nije bio spreman da odbaci važeću sliku bezvremenog, statičnog univerzuma. Revolucionarni Ajnštajn nije bio dovoljno revolucionaran da prihvati tezu da se kosmos širi ili da je imao početak. Njegovo rešenje nije bilo preterano ubedljivo. Godine 1917. uveo je u svoje jednačine faktor koji bi se mogao nazvati „zakrpom“ - „kosmološku konstantu“, odbojnu antigravitacionu silu što je bila u ravnoteži s privlačnom silom gravitacije. Kosmos je postao statičan zato što je tako odlučeno. Ajnštajn je opsenarski zaključio da opšta kovarijansa, vodeći matematički princip u osnovi teorije relativnosti, dozvoljava dva moguća opšta kovarijantna objekta: Ričijev tenzor (osnova opšte teorije relativnosti) i zapremina prostorvremena. Zato je bilo moguće jednačinama dodati drugi član koji se slagao sa opštom kovarijansom i bio proporcionalan zapremini kosmosa. Drugim rečima, kosmološka konstanta dodeljivala je energiju praznom prostoru. Taj antigravitacioni član, sada imenovan „tamna energija“, energija je čistog vakuuma. Može razdvojiti galaksije ili ih spajati. Ajnštajn je izabrao takvu kosmološku konstantu koja tačno poništava kontrakciju usled gravitacije - i kosmos je postao statičan. Nije bio zadovoljan ovim matematičkim dokazom, ali 89

zdls & meteori

nije imao izbora, ako je želeo da ne naruši činjenicu o statičnom kosmosu. (Osamdeset godina trebalo je astronomima da nađu dokaze o postojanju kosmološke konstante koja se sada smatra dominantnim izvorom energije u kosmosu.) Misterija se produbila narednih nekoliko godina, kako su pronalažena nova rešenja Ajnštajnovih jednačina. Vilem de Siter, holandski fizičar, 1917. godine shvatio je da je moguće čudno rešenje Ajnštajnovih jednačina: univerzum ne sadrži materiju, a ipak se širi! Kosmološka konstanta, energija vakuuma, dovoljna je da bi se kosmos širio. Ajnštajnu to nikako nije odgovaralo - kao Mah pre njega, još uvek je verovao da prirodu prostorvremena određuje materija u kosmosu. Ali eto kosmosa koji se širi bez trunke materije, jer mu je za to dovoljna samo tamna energija. Odlučujuće, radikalne korake preduzeli su Aleksandar Fridman, 1922. godine, i belgijski sveštenik, Žorž Lemetr, 1927. godine. Pokazali su da širenje kosmosa prirodno sledi iz Ajnštajnovih jednačina. Fridman je došao do rešenja Ajnštajnovih jednačina počevši od homogenog, izotropnog univerzuma čiji se prečnik širi ili smanjuje. (Nažalost, Fridman je umro od tifusne groznice 1925. godine u Lenjingradu, ne stigavši da obrazloži svoje rešenje.) Po Fridman-Lemetrovoj predstavi, postoje tri moguća rešenja, zavisno od gustine kosmosa. Ako je gustina veća od kritične vrednosti, širenje kosmosa će u jednom trenutku sprečiti gravitacija i kosmos će početi da se skuplja. (Kritična gustina je otprilike dvanaest vodonikovih atoma po kubnom metru.) Ukoliko je gustina manja od kritične, gravitacija nije dovoljno jaka da spreči širenje kosmosa i on se beskrajno širi. (Kosmos bi se u tom širenju nezadrživo približavao apsolutnoj nuli i „velikom smrzavanju“.) U takvom kosmosu, ukupna zakrivljenost je negativna (kao što, po analogiji, sedlo ili truba imaju negativnu zakrivljenost.) Poslednja mogućnost je da kosmos ima gustinu jednaku kritičnoj - u tom slučaju, opet bi se beskonačno širio. Zakrivljenost takvog kosmosa je nula, što znači da je ravan. Sudbina kosmosa može se jednostavno predvideti - samo treba odrediti njegovu gustinu. Napredak u ovom smeru bio je zbunjujući, jer sada su postojala najmanje tri kosmološka modela evolucije kosmosa (Ajnštajnov, de Siterov i Fridman-Lemetrov). Nedoumice su opstajale sve do 1929. 90

zdls & meteori

godine, kada ih je razrešio astronom Edvin Habl. Njegovi rezultati uzdrmaće same temelje astronomije. Prvo je opovrgao teoriju o univerzumu s jednom galaksijom, dokazujući da pored Mlečnog puta postoje i druge galaksije. (Smirujuću predstavu o kosmosu koji sadrži milijarde zvezda grupisanih u jednoj galaksiji, zamenila je slika univerzuma s milijardama galaksija sačinjenih od milijardi zvezda. U samo jednoj godini, kosmos je iznenada „eksplodirao“) Otkrio je da je moguće da postoje milijarde drugih galaksija i da nam je najbliža, Andromeda, udaljena od Zemlje oko dva miliona svetlosnih godina. (Reč galaksija potiče od grčke reči za mleko - Grci su smatrali da je galaksija Mlečni put nastala kada je gnevna boginja Hera prosula svoje mleko po nebu.) Samo to jedno šokantno otkriće bilo je dovoljno da obezbedi Hablu mesto među divovima astronomije, ali on se nije zadržao na tome. Godine 1928. krenuo je na sudbonosno putovanje u Holandiju da bi se sreo sa de Siterom. On je tvrdio da Ajnštajnova opšta teorija relativnosti predviđa širenje kosmosa postavljanjem odnosa udaljenosti i brzine. Što je galaksija udaljenija od Zemlje, brže se udaljava od nje. (Ovaj crveni pomak donekle se razlikuje od onog koji je Ajnštajn razmatrao 1915. godine. Potiče od galaksija koje se udaljavaju od Zemlje u kosmosu koji se širi. Ako se žuta zvezda udaljava od nas, brzina njene svetlosti ostaje ista, ali talasna dužina tog zračenja se „rasteže“ tako da boja zvezde od žute prelazi u crvenu. Slično tome, ukoliko se žuta zvezda približava Zemlji, talasna dužina njene svetlosti se smanjuje - sabija poput meha harmonike - a boja postaje plava. Kada se Habl vratio u opservatoriju u Maunt Vilsonu, posvetio se određivanju crvenog pomaka udaljenih galaksija. Znao je da je 1912. godine Vesto Melvin Slajfer pokazao da se neke daleke „magline“ udaljavaju od Zemlje izazivajući crveni pomak. Habl je uspeo da ga izračuna i otkrio da galaksije „beže“ od Zemlje - drugim rečima, kosmos se širi neverovatnom brzinom. Utvrdio je da bi njegovi podaci mogli da se slažu s De Siterovom pretpostavkom. Po njegovom otkriću, nazvanom „Hablov zakon“, sledi: što je galaksija dalje od Zemlje, brže se od nje udaljava (i obrnuto). Crtajući krivu zavisnost brzine od udaljenosti, Habl je otkrio da je to skoro prava linija, kao što je predviđala opšta teorija relativnosti. Nagib 91

zdls & meteori

te krive danas se zove Hablova konstanta. Habla je zanimalo kako se njegovi rezultati mogu uskladiti sa Ajnštajnovim. (Nažalost, Ajnštajnov model predviđao je materiju, ali ne i kretanje, dok se de Siterov univerzum kretao, ali je bio prazan. Hablovi rezultati slagali su se s Fridman-Lemetrovim modelom koji je uključivao i materiju i pokret.) Godine 1930. Ajnštajn je posetio opservatoriju Maunt Vilson gde se prvi put sreo sa hablom. Kada su tamošnji astronomi pohvalili da se pomoću njihovog džinovskog teleskopa prečnika 2,5 metra, u to vreme najvećeg na svetu, može odrediti struktura kosmosa, Elza nije bila zadivljena. Rekla je: „Moj muž to radi na poleđini starog koverta.“139) Dok mu je Habl detaljno predočavao podatke do kojih je došao proučavajući galaksije, Ajnštajn je priznao da je kosmološka konstanta najveća besmislica u njegovom životu. Kosmološka konstanta koju je Ajnštajn nasilno uveo da bi kosmos načinio statičnim, odbačena je. Kosmos se zaista širio, baš kao što je Ajnštajn otkrio deceniju ranije. Ajnštajnove jednačine možda su najdelotvornije pojednostavile Hablov zakon. Pretpostavimo da je kosmos naduvani balon i da su galaksije tačkice naslikane na njemu. Mravu koji se odmara na jednoj od njih čini se da sve ostale tačkice odlaze od njega. Što je tačka udaljenija, brže beži od mrava - kao po Hablovom zakonu. Tako su Ajnštajnove jednačine otvorile nov pristup drevnim nedoumicama poput one: ima li kosmos kraj. Ako se kosmos završava zidom, šta je iza zida? Možda bi Kolumbo odgovorio na to pitanje uzimajući u obzir oblik Zemlje. U trodimenzionalnom sistemu, Zemlja je konačna (samo lopta koja pluta po kosmosu), ali u dvodimenzionalnom prostoru, ona je beskonačna (tako bi se pokazalo ako bismo pratili njen obim) - ko god bi se kretao njenom površinom, nikada ne bi našao kraj. Zemlja je, znači, i konačna i beskonačna, zavisno od broja dimenzija u kojima je merimo. Onda bismo mogli reći i da je kosmos u trodimenzionalnom sistemu beskonačan. Ne postoji zid od cigle koji predstavlja kosmičku granicu raketa lansirana u kosmos nikada neće udariti u kosmički zid. Međutim, moguće je da je u četvorodimenzionalnom prostoru kosmos konačan. (Kada bi bio četvrodimenzionalna lopta ili hipersfera, mogli biste da ga potpuno obiđete i da se vratite odakle ste pošli. U takvom kosmosu, naš potiljak je najudaljeniji objekat koji možete videti pomoću teleskopa.) 139

„Moj muž to radi...“: Croswell, str. 35.

92

zdls & meteori

Ako se kosmos širi određenom brzinom, mogli biste da se vratite unazad i izračunate približno vreme početka te ekspanzije. Drugim rečima, kosmos ne samo da ima početak, već njegovu starost možete i izračunati. (Satelitski podaci iz 2003. pokazuju da je star 13,7 milijardi godina.) Lemetrovi postulati iz 1931. godine ukazuju na spektakularno rađanje kosmosa, na vatrenu genezu. Put logike vodio je preko Ajnštajnovih jednačina do kataklizmičkog porekla kosmosa. Godine 1949, kosmolog Fred Hojl je prilikom gostovanja na radiju BBC nazvao to teorijom Velikog praska. On je zastupao konkurentsku teoriju, i legenda kaže da je ime Veliki prasak (engl. big bang) trebalo da bude uvreda (Hojl je to kasnije poricao). Moramo reći da taj naziv i nije prikladan. Ne samo da prasak nije bio veliki, već ga nije ni bilo. Kosmos je rođen iz beskonačno malog singulariteta. Praskanja ili eksplozije u klasičnom smislu nije bilo, jer je zvezde pokrenulo samo širenje kosmosa. Ajnštajnova teorija opšte relativnosti dovela je ne samo do neočekivanih ideja poput kosmosa koji se širi i Velikog praska, već i do koncepta koji je oduvek kopkao astronome: crnih rupa. Godine 1916, samo godinu dana nakon objavljivanja opšte teorije relativnosti, Ajnštajna je fascinirala vest da je fizičar Karl Švarcšild iznašao precizno rešenje njegovih jednačina za slučaj jedne zvezde predstavljene tačkom. Ajnštajn se zbog složenosti jednačina opšte teorije relativnosti služio samo njihovim aproksimacijama. Švarcšild je oduševio Ajnštajna jer je našao precizno rešenje bez ikakvih aproksimacija. Švarcšild je bio upravnik Astrofizičke opservatorije u Potsdamu. U Prvom svetskom ratu borio se za Nemce kao dobrovoljac na Ruskom frontu. Zadivljujuće je to što je, izbegavajući metke po rovovima, uspevao da se bavi fizikom. Ne samo da je izračunao putanju hitaca nemačke artiljerije, već je došao i do najelegantnijeg, preciznog rešenja Ajnštajnovih jednačina. Danas se ono naziva Švarcšildovo rešenje. (Nažalost, Švarcšild, jedna od najblistavijih zvezda koja se rodila na novom nebu relativnosti, nije doživeo slavu koju mu je ono donelo. Samo nekoliko meseci nakon objavljivanja njegovih radova umro je u četrdeset trećoj godini, od retke kožne bolesti koja ga je pogodila na Ruskom frontu - kakav gubitak za nauku! Ajnštajn je dirljivim govorom odao počast Švarcšildu; njegova smrt je samo ojačala Ajnštajnovu odbojnost prema besmislenosti rata.) 93

zdls & meteori

Švarcšildovo rešenje, prava senzacija u naučnom svetu, imalo je čudne posledice. On je zaključio da je gravitacija u neposrednoj blizini tačkaste zvezde toliko jaka da joj ni sama svetlost ne može pobeći, tako da zvezda postaje nevidljiva! Bio je to nezgodan problem, ne samo za Ajnštajnovu teoriju relativnosti već i za Njutnovu teoriju. Englez Džon Mičel, tornhilski rektor, zapitao se 1783. godine može li zvezda imati toliku masu da joj ni svetlost ne može umaći. Njegovi računi, koji su se oslanjali isključivo na Njutnove zakone, nisu bili pouzdani jer tačna brzina svetlosti u to vreme nije bila poznata. Međutim, logika njegovih zaključaka nije se mogla ignorisati. Zvezda, u načelu, može postati toliko masivna da je njena svetlost ne može napustiti. Trinaest godina kasnije, matematičar Pjer-Simon Laplas u svojoj čuvenoj knjizi Exposition du systeme du monde takođe se zapitao da li te „tamne zvezde“ postoje (ali vetovatno je zaključio da je ta pretpostavka toliko smela pa ju je izostavio iz trećeg izdanja knjige). Vekovima kasnije, zahvaljujući Švarcšildu, pitanje tamnih zvezda je vaskrslo. On je otkrio da zvezde okružuje „magični krug“ - ono što sada zovemo „horizont događaja“ duž koga nastaje teško shvatljivo iskrivljenje prostorvremena. Švarcšild je pokazao da nesrećni putnik koji pređe horizont događaja nikada neće moći da se vrati. (Sem ako se kreće brže od svetlosti, što je nemoguće.) Pomoću Švarcšildovog rešenja može se izračunati koliko se obična materija mora sabiti da bi se uspostavio taj magični krug zvan „Švarcšildov poluprečnik“, a zvezda potpuno kolapsirala. Švarcšildov poluprečnik Sunca je tri kilometra. Zemljin - manji od centimetra. (Kako je taj faktor kompresije bio van poimanja fizičara iz druge decenije prošlog veka, oni su pretpostavljali da nikada neće naići na takav fantastičan objekat.) Što je Ajnštajn više izučavao svojstva takvih zvezda, koje je fizičar Džon Viler kasnije nazvao „crne rupe“, one su se činile sve čudnijim. Ako se dovoljno približite crnoj rupi, za samo delić sekunde preletećete horizont događaja. U kratkom prolasku kroz tu magičnu granicu, videćete svetlost koja kruži oko crne rupe, zarobljena tu možda već eonima - pre više milijardi godina. Poslednja milisekunda vašeg života neće biti najprijatnija. Gravitacione sile biće toliko jake da će smrviti atome vašeg tela. Smrt će biti neizbežna i trenutna. Posmatrač koji bi pratio tu kosmičku smrt s bezbedne udaljenosti, video bi potpuno drugačiju sliku. Gravitacija bi iskrivila tok svetlosti koja bi se odbijala od 94

zdls & meteori

vašeg tela, pa bi se činilo da ste „zamrznuti“ u vremenu. Za ostatak kosmosa, lebdeli biste iznad crne rupe, bez pokreta. Takve zvezde činile su se tako fantastičnim, da je većina fizičara smatrala da nikada neće biti nadene u kosmosu. Edington je rekao: „Trebalo bi da postoji zakon Prirode koji sprečava zvezdu da se tako apsurdno ponaša.“140 Ajnštajn je 1939. godine pokušao matematički da dokaže nemognćnost postojanja crnih rupa. Proučavao je zvezdu u nastanku, tačnije skup čestica koje kruže u prostoru i polako se grupišu, privučene sopstvenom silom gravitacije. Ajnštajnovi proračuni pokazali su da će ta rotirajuća skupina čestica s vremenom kolapsirati, ali samo do poluprečnika 1,5 puta većeg od Švarcšildovog, tako da se crna rupa ne može formirati. Premda se takav zaključak činio matematički opravdan, Ajnštajn je prevideo mogućnost implozije zvezdane materije kada sila gravitacije nadvlada nuklearne sile u zvezdi. Taj detaljniji račun objavili su 1939. godine Robert Openhajmer i njegov student Hartland Snajder. Za početni model nisu uzeli skup čestica koje rotiraju u prostoru, nego statičnu zvezdu dovoljno veliku da njena gravitacija nadjača kvantnesile u materiji. Na primer, neutronska zvezda je ogromna lopta sastavljena od neutrona, velika poput Menhetna (prečnika oko 33 kilometra) džinovsko atomsko jezgro. Kolaps te neutronske lopte sprečava Fermijeva sila koja ne dozvoljava da više čestica sa određenim kvantnim brojem (odnosno, spinom) bude u istom stanju. Ako je gravitaciona sila dovoljno jaka, Fermijeva sila bića nadjačana i zvezda će moći da se sabije do Švarcšildovog poluprečnika; po tadašnjim naučnim saznanjima ništa ne može da spreči potpuni kolaps. Proći će tri decenije do otkrića neutronskih zvezda i crnih rupa, ali su pre toga svi radovi o teško shvatljivim svojstvima crnih rupa smatrani spekulacijama. Premda skeptičan prema crnim rupama, Ajnštajn je bio uveren da će se u budućnosti ostvariti drugo njegovo predviđanje: otkriće gravitacionih talasa. Videli smo da je jedan od plodova Maksvelovih jednačina bila pretpostavka da vibrirajuće električno i magnetno polje stvara putujući talas koji se može detektovati. Ajnštajn se pitao da li se, 140

„Trebalo bi da postoji zakon Prirode...“: Thorne, str. 210.

95

zdls & meteori

analogno tome, mogu očekivati gravitacioni talasi. U njutnovskom svetu, gravitacioni talasi ne mogu postojati pošto „sila“ gravitacije deluje trenutno u kosmosu, dopirući do svih objekata istovremeno. Opšta teorija gravitacije, u izvesnom smislu, nameće postojanje gravitacionih talasa, jer vibracije gravitacionog polja ne mogu premašiti brzinu svetlosti. Tako bi kataklizmični događaj poput sudara dve crne rupe naglo oslobodio talas gravitacije koji bi se kretao brzinom svetlosti. Ajnštajn je još 1916. godine pokazao da, uz odgovarajuće aproksimacije, njegove jednačine zaista ukazuju na gravitaciono kretanje nalik na talasno. Ti talasi putuju tkanjem prostorvremena brzinom svetlosti, kao što je očekivano. Ajnštajn je 1937. godine, zajedno sa svojim studentom Hejtanom Rozenom, uspeo da nađe precizno rešenje svojih jednačina koje je, bez ikakvih aproksimacija, potvrdilo da gravitacioni talasi izvesno postoje. Talasi gravitacije sada su bili čvrsta potpora. Naučnici tog doba nisu bili kadri da eksperimentalno dokažu postojanje gravitacionih talasa. (Prošlo je osam godina od kada je Ajnštajn u jednačinama otkrio gravitacione talase, do dodele Nobelove nagrade fizičaru koji je pronašao prvi posredan dokaz njihovog postojanja. Prvi gravitacioni talasi mogli su se detektovati tek nekih devedeset godina nakon što je pretpostavljeno da postoje. Ali oni bi mogli biti konačno sredstvo za ispitivanje samog Velikog praska i potvrde objedinjene teorije sila.) Godine 1936, češki inženjer Rudi Mandl oglasio se s novom idejom o čudnim svojstvima prostora i vremena, pitajući se može li se gravitacija obližnje zvezde iskoristiti kao sočivo za prikupljanje svetlosti sa udaljenih zvezda, na isti način na koji to rade staklena sočiva. Ajnštajn je tu mogućnost razmatrao još 1912. godine, ali sada je, podstaknut Mandlovom idejom, izračunao da bi posmatraču sa Zemlje sočiva davala prstenasti svetlosni prikaz. Recimo da svetlost sa udaljene galaksije prolazi pored obližnje galaksije. Gravitacija bliske galaksije mogla bi podeliti svetlost tako da svaka polovina obilazi galaksiju u suprotnom smeru. Kada svetlosni zraci potpuno obiđu galaksiju, spojiće se. Ovi svetlosni zraci mogli bi sa Zemlje da se vide kao svetlosni prsten, optička iluzija nastala usled savijanja svetlosti oko obližnje galaksije. Ajnštajn je zaključio da ,,je mala verovatnoća da se taj fenomen direktno

96

zdls & meteori

opazi“.141 Napisao je da taj njegov rad „nema veliku važnost, ali čini srećnim onog sirotog čoveka [Mandla]“.142 Ponovo je Ajnštajn bio toliko ispred svog vremena da je moralo proći još šezdeset godina pre nego što su Ajnštajnova sočiva i prstenovi otkriveni i astronomima postali nezamenljiva alatka za ispitivanje kosmosa. Ma koliko uspešna i dalekosežna opšta teorija relativnosti bila, sredinom dvadesetih godina prošlog veka nije mogla pripremiti Ajnštajna za bitku njegovog života - za stvaranje teorije objedinjenog polja sila koja bi ujedinila zakone fizike i, istovremeno, za borbu s „demonom“ - kvantnom teorijom.

141 142

„mala verovatnoća da...“: Petters et al., str. 7. „nema veliku važnost, ali čini srećnim onog sirotog čoveka [Mandla].“: Ibid.

97

zdls & meteori

DEO III

NEDOVRŠENA SLIKA Objedinjena teorija polja

98

zdls & meteori

P O G L A V LJ E 7

Objedinjenje i kvantni izazov

Skoro odmah nakon što je 1905. godine dovršio specijalnu teoriju relativnosti, Ajnštajn je izgubio interesovanje za nju jer je počela da ga okupira druga, krupnija tema: opšta relativnost. Slično se desilo 1915. godine. Čim je formulisao svoju teoriju gravitacije, njegovu pažnju je počeo da privlači još ambiciozniji projekat: objedinjena teorija polja, koja bi spojila Ajnštajnovu teoriju gravitacije i Maksvelovu teoriju o elektromagnetizmu. To je trebalo da bude remek-delo, vrhunac dvomilenijumskog naučnog istraživanja prirode gravitacije i svetlosti. Omogućilo bi mu da „pročita Božji um“. Nije Ajnštajn prvi pretpostavio da postoji veza između elektromagnetizma i gravitacije. Majkl Faradej je u devetnaestom veku na Kraljevskom institutu u Londonu među prvima izveo eksperimente da bi ispitao veze između te dve dominantne sile. Bacao je magnete s Londonskog mosta i proveravao da li će padati istom brzinom kao obično kamenje. Ako magnetizam utiče na gravitaciju, možda bi magnetno polje moglo da utiče na gravitaciono, pa magneti ne bi padali istom brzinom kao kamen. Pored toga, ispuštao je parčad metala s vrha učionice na jastučiće na podu. Iako su rezultati svih njegovih eksperimenata bili negativni, napisao je: „Nisu pokolebali moje uverenje u povezanost gravitacije i elektriciteta, premda nisu potvrdili da takva veza postoji.“143 Riman, autor teorije o zakrivljenom prostoru u proizvoljnoj dimenziji, duboko je verovao da se i gravitacija i elektromagnetizam mogu svesti na čisto geometrijske argumente. Nažalost, nije imao nikakvu fizičku predstavu niti jednačine polja, tako da nije mogao da razvija svoje ideje.

143

„Nisu pokolebali moje uverenje...“: Pais, Subtle Is the Lord, str. 23.

99

zdls & meteori

Ajnštajn je jednom prilikom dočarao svoj stav prema objedinjenju poredeći mermer i drvo. Mermer, smatrao je, predstavlja predivan svet geometrije u kome se površine zakrivljuju glatko i bez prekida. Zvezde i galaksije igraju svoju kosmičku igru na prelepom mermeru sistema prostorvreme. Drvo, s druge strane, predstavlja haotičan svet materije sa svojom džunglom subatomskih čestica i besmislenim kvantnim pravilima. Drvo raste divlje i nepredvidljivo, poput kvrgave loze. Novootkrivene čestice u atomu učinile su teoriju o materiji prilično ružnom. Ajnštajn je uočio slabu tačku svojih jednačina. Kobni nedostatak bilo je to što je drvo određivalo strukturu mermera. Stepen zakrivljenosti prostora i vremena bio je u svakoj tački određen količinom drveta. Ajnštajnu je bilo jasno šta mu je raditi: trebalo je da stvori teoriju čistog mermera. Valjalo je eliminisati drvo, izražavajući ga isključivo pomoću mermera. Ako bi mogao pokazati da je i samo drvo sačinjeno od mermera, imao bi geometrijski čistu teoriju. Na primer, tačkasta čestica beskonačno je mala i nema prostornih dimenzija. U teoriji polja, tačkasta čestica predstavljena je „singularitetom“, tačkom u kojoj jačina polja teži beskonačnosti. Ajnštajn je hteo da taj singularitet zameni glatkom deformacijom prostora i vremena. Zamislite čvor od konopca. Iz daljine, čvor izgleda kao čestica, ali izbliza se jasno vidi da nije ništa drugo do čvor konopca. Ajnštajn je hteo da uspostavi čisto geometrijsku teoriju u kojoj ne bi bilo mesta za singularitete. Subatomske čestice poput elektrona javljale bi se kao svojevrsni zavojci ili maleni čvorovi na površini sistema prostorvreme. Osnovni problem bio je u tome što je Ajnštajnu nedostajala konkretna simetrija i princip koji bi objedinio elektromagnetizam i gravitaciju. Videli smo da je ključna smernica Ajnštajnovih misli bilo objedinjenje putem simetrije. U slučaju specijalne teorije relativnosti, imao je pred sobom ideju koja ga je neprestano vodila ka svetlosnim zracima. Ta slika je otkrila fundamentalno neslaganje njutnovske mehanike i Maksvelovih polja. Iz toga je mogao da izdvoji sledeći princip - brzina svetlosti je nepromenljiva. I, konačno, mogao je da formuliše simetriju koja je objedinila prostor i vreme Lorencove transformacije. I u opštoj teoriji relativnosti vodila ga je slika - ideja da gravitacija nastaje usled zakrivljenosti prostora i vremena. Ta slika ukazala je na 100

zdls & meteori

suštinsko neslaganje između Njutnove gravitacije (koja je trenutno stizala svuda) i relativnosti (gde ništa nije moglo da se kreće brže od svetlosti). Iz slike je izdvojio princip ekvivalencije po kome su sistemi s gravitacijom i ubrzanjem poštovali iste zakone fizike. Najzad je mogao da defmiše opštu simetriju koja je opisivala i ubrzanje i gravitaciju generalnu kovarijansu. Problem s kojim se Ajnštajn suočavao odista je bio zastrašujući jer ga je odveo najmanje pola veka ispred njegovog vremena. U trećoj deceniji dvadesetog veka, kada je počeo da radi na objedinjenoj teoriji polja, jedine priznate sile bile su gravitaciona i elektromagnetna. Raderfordovo otkriće jezgra atoma iz 1911. godine bilo je još uvek sveže i sile koje su držale nukleus na okupu predstavljale su pravu misteriju. Bez razumevanja nuklearnih sila, Ajnštajnu je nedostajao ključni delić slagalice. Povrh toga, nijedan eksperiment ni zapažanje nisu otkrivali protivrečnost između gravitacije i elektromagnetizma za koju bi se Ajnštajn mogao uhvatiti. Matematičar Herman Vejl, inspirisan Ajnštajnovim traganjem za objedinjenom teorijom polja, učinio je 1918. godine prvi ozbiljan pokušaj. Ajnštajn je isprva bio zadivljen: ,,To je veličanstvena simfonija“,144 pisao je. Vejl je proširio Ajnštajnovu staru teoriju gravitacije direktnim dodavanjem Maksvelovog polja u jednačine. Zatim je definisao da jednačine budu kovarijansa pod još strožim uslovima simetrije od početne Ajnštajnove teorije, uključujući i transformacije skaliranja (na primer, transformacije širenja ili skupljanja dužine). Međutim, Ajnštajn je uskoro otkrio čudne anomalije u toj teoriji. Ako biste se kretali ukrug i vratili se na početnu tačku, bili biste niži, ali istog oblika - drugim rečima, dužine se ne bi očuvale. (U Ajnštajnovoj teoriji dužina je takođe promenljiva, ali bila bi ista kada biste se vratili tamo odakle ste krenuli.) I vreme bi bilo pomereno, ali to se ne bi moglo uskladiti s našim razumevanjem fizičkog sveta. Na primer, to bi značilo da vibrirajući atomi, kada obiđu pun krug i dođu do početne tačke, vibriraju sa izmenjenom frekvencijom. Iako se Vejlova teorija činila genijalnom, morala je biti odbačena zato što se nije slagala s podacima. (Naknadno razmišljanje otkriva da je Vejlova teorija podrazumevala

144

,,To je veličanstvena simfonija...“: Parker, str. 209.

101

zdls & meteori

previše simetrije. Invarijantnost skaliranja očigledno je vrsta simetrije koja nije verodostojna predstava našeg vidljivog kosmosa.) Artur Edington je 1923. takođe otkrio grešku. Inspirisan Vejlovim radom, Edington (i mnogi posle njega) okušao se u oblasti objedinjene teorije polja. Poput Ajnštajna, postavio je teoriju na osnovu Ričijevog tenzora, ali njegove jednačine nisu obuhvatale koncept dužine. Drugim rečima, u okviru njegove teorije bilo je nemoguće definisati metre ili sekunde; teorija je bila „pregeometrijska“. Dužina se pojavljivala tek u poslednjem koraku kao posledica njegovih jednačina. Elektromagnetizam se javljao kao deo Ričijevog tenzora. Fizičaru Volfgangu Pauliju ta teorija se uopšte nije sviđala, te je izjavio da nema „nikakav značaj za fiziku“.145 Ajnštajn ju je takođe odbacio. Na Ajnštajna je ostavio utisak rad nepoznatog matematičara Teodora Kaluce sa univerziteta u Kenigsbergu koji je pročitao 1921. godine. Kaluca je predlagao da Ajnštajn, koji je prvi uveo koncept četvrte dimenzije, uvrsti u svoje jednačine još jednu dimenziju. Kaluca je prvo preformulisao Ajnštajnovu opštu teoriju relativnosti u pet dimenzija (četiri dimenzije prostora i petu dimenziju vremena). To nije zahtevalo nikakav napor, jer su se Ajnštajnove jednačine lako mogle formulisati za proizvoljan broj dimenzija. Onda je, u nekoliko redova, Kaluca pokazao da Ajnštajnove jednačine stoje rame uz rame s Maksvelovim ako se peta dimenzija odvoji od ostale četiri! Drugim rečima, Maksvelove jednačine, zastrašujući skup osam parcijalnih diferencijalnih formula koje je napamet znao svaki fizičar i inženjer, mogu se svesti na talase što putuju po petoj dimenziji. Ili, da preformulišemo - Maksvelova teorija mogla se otkriti u Ajnštajnovoj, ako bi se relativnost proširila na pet dimenzija. Ajnštajna je iznenadila odvažnost i lepota Kalucinog rada. Pisao mu je: „Ideja o objedinjenju pomoću cilindra s pet dimenzija nikada mi ne bi pala na pamet... Na prvi pogled, neizmerno mi se svidela.“146 Nekoliko nedelja kasnije, nakon pažljivijeg proučavanja Kalucine teorije, Ajnštajn je napisao: „Formalno jedinstvo vaše teorije je zapanjujuće.“147 Matematičar Oskar Klajn je 1926. godine generalno razmotrio Kalucin rad: zapazio je da se peta dimenzija ne može meriti i da je moguće da je „nikakav značaj za fiziku.“: Pais, Subtle Is the Lord, str. 343. „Ideja o objedinjenju...“: Ibid., str. 330. 147 „Formalno jedinstvo vaše teorije je zapanjujuće.“: Ibid., str. 330. 145 146

102

zdls & meteori

povezana s kvantnom teorijom. Kaluca i Klajn su predlagali potpuno drugačiji pristup objedinjenju. Po njima, elektromagnetizam se svodio na vibracije po površini sićušne pete dimenzije. Na primer, ribe koje plivaju u plitkom ribnjaku, neposredno ispod lokvanja, mogle bi zaključiti da je njihov kosmos dvodimenzionalan. Mogu se kretati napred-nazad, levo-desno, ali im je stran koncept pomeranja „nagore“. Ako je njihov svemir dvodimenzionalan, kako bi mogle da postanu svesne misteriozne treće dimenzije? Zamislite da jednog dana padne kiša. Maleni trodimenzionalni talasi prenose se po površini i ribe ih mogu jasno videti. Dok se talasići kreću po ribnjaku, ribe sad zaključuju da postoji misteriozna sila koja obasjava njihov kosmos. Mi živimo i radimo u okviru tri prostorne dimenzije, nesvesni da možda postoji viša dimenzija, van naših sposobnosti opažanja. Jedini kontakt s nevidljivom petom dimenzijom Jeste svetlo koje opažamo kao talase po petoj dimenziji. Postoji potvrda da je Kaluca-Klajnova teorija bila izuzetno korisna. Podsetiću vas da je objedinjenje putem simetrije bila Jedna od Ajnštajnovih osnovnih strategija koja ga je odvela do relativnosti. Kaluca-Klajnova teorija objedinjavala je elektro-magnetizam i gravitaciju pomoću nove simetrije, petodimenzionalne opšte kovarijanse. Iako je ova slika vrlo prijemčiva - objedinjenje gravitacije i elektromagnetizma uvođenjem nove dimenzije - Još uvek je postojalo tričavo pitanje: gde je ta peta dimenzija? Nijedan eksperiment do današnjih dana nije otkrio dokaze o postojanju viših dimenzija prostora pored dužine, širine i visine. Kada bi te dimenzije postojale, morale bi biti ekstremno male, mnogo manje od atoma. Ako pustimo gas hlor u prostoriju, znamo da će njegovi atomi polako prodreti u sve uglove i pukotine a neće nestati u misterioznoj dodatnoj dimenziji. To znači da bilo koja skrivena dimenzija mora biti manja od atoma. Ukoliko se pretpostavi da je peta dimenzija manja od atoma, ova nova teorija se slaže sa svim laboratorijskim merenjima, u kojima nikada nije opaženo postojanja pete dimenzije. Kaluca i Klajn su pretpostavili da je peta dimenzija „uvijena“ u malenu loptu, previše malu da bi se mogla opaziti. Premda je Kaluca-Klajnova teorija predstavljala svež, zanimljiv pristup objedinjenju elektromagnetizma i gravitacije, Ajnštajn je sumnjao. Mučila ga je pomisao da peta dimenzija možda ne postoji, da je 103

zdls & meteori

možda matematička maštarija ili opsena. Takođe, nije mogao da nađe subatomske čestice u Kaluca-Klajnovoj teoriji. Njegov cilj bio je da izvede elektron iz svojih Jednačina gravitacionog polja, a ma koliko se trudio, nije mogao doći do takvog rešenja. (Sada možemo žaliti što je propuštena takva izvanredna prilika za fiziku. Da su se fizičari ozbiljnije pozabavili Kaluca-Klajnovom teorijom, možda bi dodali i više od pet dimenzija. S povećavanjem broja dimenzija, Maksvelova polja postaju takozvana Jang-Milsova polja. Klajn je otkrio Jang-Milsova polja krajem tridesetih godina prošlog veka, ali njegov rad je zaboravljen u haosu Drugog svetskog rata. Protekle su skoro dve decenije dok sredinom pedesetih godina dvadesetog veka nisu ponovo otkrivena. Jang-Milsova polja sada predstavljaju osnovu teorije o nuklearnoj sili. Skoro čitava subatomska fizika izražena je posredstvom njih. Prošlo je još dvadeset godina dok Kaluca-Klajnova teorija nije vaskrsnula u vidu nove teorije o strunama koja se smatra vodećim kandidatom za objedinjenu teoriju polja.) Ajnštajn je razmatrao i druge mogućnosti. Ako bi se Kaluca-Klajnova teorija pokazala nezadovoljavajućom, morao bi da krene drugim putem ka objedinjenoj teoriji polja. Odlučio se da istražuje geometrije van domena Rimanove geometrije. Konsultovao se s mnogim matematičarima i brzo mu je postalo jasno da je to neistražena teritorija. Na Ajnštajnov podsticaj, brojni matematičari su počeli da razmatraju „postrimanovske“ geometrije, ili „teoriju veza“ kako bi mu pomogli da istraži nove moguće univerzume. Iz tih napora rođene su nove geometrije sa „torzijama“ i „uvijenim prostorima“. (Narednih sedamdeset godina, do pojave teorije o superstrunama, ti apstraktni prostori nisu imali nikakvu primenu u fizici.) Rad na postrimanovskim geometrijama bila je prava noćna mora. Ajnštajnu je nedostajao fizički princip koji bi ga vodio kroz šumu apstraktnih Jednačina. Prethodno su mu kompasi bili princip ekvivalencije i opšta kovarijansa. Obe ideje su čvrsto podupirali eksperimentalni podaci. U traženju puta oslanjao se na fizičke slike ali za objedinjenu teoriju polja nije imao fizički princip ili sliku kao vodilju. Javnost je do te mere bila znatiželjna u vezi sa Ajnštajnovim radom, da je izveštaj koji je on podneo Pruskoj akademiji objavljen u Njujork Tajmsu. Ovaj list je preneo i delove Ajnštajnovog rada. Uskoro se stotine 104

zdls & meteori

novinskih izveštača sjatilo ispred njegove kuće, čekajući da ga bar na trenutak vide. Edington je pisao: „Možda će vas zabaviti saznanje da je jedna velika robna kuća u Londonu (Selfridžiz) na svoje prozore nalepila vaš rad (šest strana, jedna pored druge) kako bi prolaznici mogli da ga čitaju.“148 Ajnštajn je, međutim, bio spreman da trampi sva laskanja i pohvale na svetu za jednostavnu fizičku sliku koja će ga voditi na njegovom putu. Ostali fizičari su postepeno počeli da uviđaju da je Ajnštajn na pogrešnom putu i da ga je fizičarska intuicija izneverila. Kritikovao ga je i prijatelj i kolega Volfgang Pauli, pionir kvantne fizike, čuven u naučnim krugovima po svojoj duhovitosti. Izvestan bezvredan rad iz fizike Pauli je ovako komentarisao: „Nije čak ni pogrešno.“149 Autoru tog rada je prebacio: ,,Ne smeta mi što sporije razmišljate, ali ne mogu se složiti da objavljujete radove brže nego što mislite.“150 Nakon što je čuo haotično, nejasno stručno izlaganje, kazao je govorniku: ,,To što ste rekli toliko je zbrkano da ne mogu oceniti da li je besmislica ili nije.“151 Kada su se kolege fizičari požalile da Pauli odviše kritikuje, odgovorio je: „Neki ljudi su tako osetljivi da se s njima može živeti samo ako ih toliko iritirate da se naviknu na to.“152 Njegov stav prema objedinjenoj teoriji polja najbolje odslikava čuveni komentar da ono što Bog razdvoji u paramparčad, nijedan čovek ne treba da spaja. (Zanimljivo je da je sam Pauli kasnije otkrio nedostatak u radovima na tom polju i predložio sopstvenu verziju objedinjene teorije polja.) Paulijeve stavove podržavale su mnoge kolege fizičari koje je sve više privlačila kvantna teorija, druga velika teorija dvadesetog veka. Kvantna teorija je jedna od najuspešnijih fizičkih teorija svih vremena. Uspela je, kao nijedna druga teorija, da objasni tajanstveni svet atoma, omogućavajući na taj način razvitak lasera, moderne elektronike, računara i nanotehnologije. Ironično zvuči. ali kvantna teorija zasnovana je na temeljima od peska. U atomskom svetu, elektroni se naizgled pojavljuju na dva mesta u isto vreme, nepredvidljivo skaču sa jedne na drugu orbitalu bez upozorenja, i nestaju u svetu duhova raspetom „Možda će vas zabaviti saznanje...“: Pais, Einstein Lived Here, str. 179. „Nije čak ni pogrešno.“: Cropper, str. 257. 150 ,,Ne smeta mi...“: Ibid. 151 ,,To što ste rekli...“: Ibid. 152 „Neki ljudi su tako osetljivi...“: Ibid. 148 149

105

zdls & meteori

između postojanja i nepostojanja. Kao što je Ajnštajn primetio još 1912. godine: „Što kvantna teorija ima više uspeha, izgleda sve luđa.“153 Neke prilično bizarne osobine kvantnog sveta isplivale su 1924. godine, kada je Ajnštajn primio zanimljivo pismo od nepoznatog indijskog fizičara, Satjendre Nat Bozea, čiji su radovi o statističkoj fizici bili tako čudni da ih je javnost trenutno odbacila. Boze je predlagao da se Ajnštajnov prethodni rad proširi na statističku mehaniku, u potrazi za potpuno kvantnomehaničkom interpretacijom gasa pri čemu bi se atomi posmatrali kao kvantni objekti. Baš kao što je Ajnštajn uveo Plankov rad u teoriju svetlosti, Boze je smatrao da se Ajnštajnova istraživanja mogu integrisati u potpuno kvantnu teoriju atoma u gasu. Ajnštajn je savršeno vladao tom tematikom, pa je otkrio da se krajnji Bozeov odgovor činio tačan, iako je Boze umnogome grešio praveći neopravdane pretpostavke. Ajnštajna je rad toliko zainteresovao da ga je preveo na nemački i dao da se odštampa. Nakon toga, proširio je Bozeovo istraživanje i napisao sopstveni rad, primenjujući rezultat na ekstremno hladnu materiju čija je temperatura jedva nešto viša od apsolutne nule. Boze i Ajnštajn otkrili su zanimljivu činjenicu o kvantnom svetu: atomi se ne mogu razlikovati - drugim rečima, ne možete nalepiti znak raspoznavanja na svaki atom, kako su smatrali Bolcman i Maksvel. Dok se kamenje, drveće i druge obične materijalne stvari mogu razlikovati i imenovati, u kvantnom svetu svi atomi vodonika su identični u svim eksperimentima - ne postoje zeleni, plavi ili žuti vodonikovi atomi. Ajnštajn je potom otkrio da će u skupu atoma ohlađenom do temperature bliske apsolutnoj nuli, na kojoj sva atomska kretanja skoro da prestaju, svi atomi dospeti u najniže energetsko stanje, stvarajući tako jedan „superatom“. Ti atomi grupisaće se u isto kvantno stanje, ponašajući se kao jedinstven džinovski atom. Ajnštajn je predviđao potpuno novo stanje materije, neviđeno na Zemlji. Međutim, da bi atomi mogli da se nađu na najnižem energetskom nivou, temperatura mora biti neverovatno niska, milioniti deo stepena iznad apsolutne nule - previše niska da bi se mogla eksperimentalno izmeriti. (Na tako ekstremno niskim temperaturama atomi vibriraju jedan za drugim i fini kvantni efekti koji se primećuju na nivou individualnih atoma sada se proširuju na čitavu zgusnutu strukturu. Poput navijača na 153

„Što kvantna teorija ima više uspeha...“: Calaprice, str. 231.

106

zdls & meteori

fudbalskoj utakmici koji ustaju u odgovarajućem ritmu da bi napravili ljudski talas, tako i atomi u Boze-Ajnštajnovom kondenzatu usklađuju svoje vibracije u jedinstveno vibriranje.) Ajnštajn je očajavao, sumnjajući da će uspeti eksperimentalno da izmeri Boze-Ajnštajnovu kondenzaciju, s obzirom na to da tehnologija dvadesetih godina prošlog veka nije omogućavala eksperimente na temperaturama bliskim apsolutnoj nuli. (Ajnštajn je bio toliko ispred svog vremena da je prošlo sedamdeset godina pre nego što su njegove pretpostavke mogle eksperimentalno da se ispitaju.) Pored Boze-Ajnštajnove kondenzacije, Ajnštajna je interesovalo može li se njegov princip dualnosti primeniti i na materiju i na svetlost. U jednom predavanju 1909. godine, pokazao je da svetlost ima dvojnu prirodu i da istovremeno ispoljava čestična i talasna svojstva. Premda je ta teorija jeretička, potpuno su je potkrepljivali eksperimentalni rezultati. Inspirisan idejom dualiteta koju je inicirao Ajnštajn, mladi student Luj de Brolj zapazio je 1923. godine da bi i sama materija mogla imati i čestičnu i talasanu prirodu. Bio je to hrabar, revolucionaran koncept, s obzirom na duboko ukorenjenu predrasudu da se materija sastoji od čestica. Podstaknut Ajnštajnovim istraživanjem dualnosti, de Brolj je razrešio određene misterije atoma pomoću koncepta da materija ima i talasna svojstva. Ajnštajnu se sviđala smelost de Broljeve teorije o „talasima materije“ i on ju je podržavao. (De Brolj će kasnije dobiti Nobelovu nagradu za tu ideju koja je bila seme mnogih budućih zamisli.) Ako je materija imala talasna svojstva, kojim jednačinama su se mogli opisati ti talasi? Klasični fizičari dobro su vladali jednačinama vodenih i zvučnih talasa - tako je austrijski fizičar Ervin Šredinger bio inspirisan da napiše jednačine talasa materije. Na Božić 1925. godine, odmarajući se u vili Hervig u Arosi s jednom od svojih brojnih prijateljica (bio je čuveni šarmer) našao je dovoljno vremena da formuliše jednu od najslavnijih jednačina u kvantnoj fizici - Šredingerovu talasnu jednačinu. Šredingerov biograf Valter Mur napisao je: „Kao što ne znamo ko je crna dama iz Šekspirovih soneta, identitet dame iz Arose možda će zauvek ostati tajna.“154 (Nažalost, kako je Šredinger imao toliko prijateljica i ljubavnica, nemoguće je precizno utvrditi identitet muze te istorijske jednačine.) 154

„Kao što ne znamo ko je crna dama iz Šekspirovih soneta...“: Moore, str. 195.

107

zdls & meteori

Sledećih nekoliko meseci, u seriji izvanrednih radova, Šredinger je pokazao da misteriozna pravila ponašanja vodonikovog atoma koja je otkrio Nils Bor jednostavno slede iz njegovih jednačina. Prvi put su fizičari imali detaljnu sliku enterijera atoma na osnovu koje su se, načelno, mogla utvrditi svojstva složenijih atoma, čak i molekula. Kvantna teorija je za samo nekoliko meseci postala parni valjak fizike pružala je odgovore na neka od najzamršenijih pitanja o atomskom svetu, razjašnjavala najveće misterije nauke još od stare Grčke. Ples elektrona po orbitalama kojim spajaju molekule ili emituju svetlost, odjednom je mogao da se predstavi računski - dovoljno je bilo rešiti obične parcijalne diferencijalne jednačine. Mladi kvantni fizičar Pol Adrijan Mors Dirak, drsko je izjavljivao da se čitava hemija može predstaviti kao rešenje Šredingerove jednačne, svodeći time hemiju na primenjenu fiziku. Tako je Ajnštajn, otac stare kvantne teorije fotona, postao kum nove kvantne teorije zasnovane na Šredingerovim talasima. (Kada današnji srednjoškolci uče napamet kvantne brojeve i čudne oznake orbitala oko atomskog jezgra, zapravo pamte rešenja Šredingerove talasne jednačine.) Nova otkrića u kvantnoj fizici množila su se neverovatnom brzinom. Uviđajući da Šredingerova jednačina ne uključuje relativnost, samo dve godine kasnije Dirak je uopštio Šredingerovu jednačinu u potpuno relativističku teoriju o elektronima - blesak izuzetnog otkrića zaslepio je svet fizike. Dok je Šredingerova slavna jednačina bila nerelativistička i primenljiva samo na elektrone koji se sporije kreću od svetlosti, Dirakovi elektroni su se potpuno pokoravali Ajnštajnovoj simetriji. Povrh toga, Dirakova jednačina je automatski objašnjavala neka neshvatljiva svojstva elektrona, uključujući spin. Iz eksperimenata Ota Šterna i Valtera Gerlaha, znalo se da se elektroni u magnetnom polju ponašaju kao čigra, sa ugaonim momentom ½ (u jedinicama Plankove konstante). Spin Dirakovog elektrona je, na osnovu Štern-Gerlahovog eksperimenta, iznosio tačno ½. (Maksvelovo polje, odnosno foton, ima spin 1, dok je spin Ajnštajnovih gravitacionih talasa 2. Dirakov rad pokazao je da je spin subatomske čestice njeno veoma važno svojstvo.) Dirak je potom otišao korak dalje. Razmatrajući energiju tih elektrona, otkrio je da je Ajnštajn prevideo rešenje sopstvenih jednačina. Kada rešavamo kvadratne jednačine, obično uzimamo u obzir dva 108

zdls & meteori

rešenja. Na primer, rešenje jednačine x2 - 4 može biti i +2 i -2. Pošto je Ajnštajn zanemario negativno rešenje u svojim jednačinama, njegova čuvena jednačina E = mc2 nije sasvim tačna. Pravilan oblik bio je E = ±mc2. Taj dodatni znak minus, tvrdio je Dirak, omogućavao je novu vrstu univerzuma u ogledalu, čije bi čestice bile svojevrsna „antimaterija“.155 (Začudo, Ajnštajna je samo nekoliko godina ranije, 1925, zanimala ideja o antimateriji, kada je pokazao da se promenom polariteta naelektrisanja elektrona u jednoj relativističkoj jednačini može doći do identične jednačine, promeni li se i prostorna orijentacija. Pokazao je da za svaku česticu određene mase mora postojati čestica suprotnog naelektrisanja, ali iste mase. Relativistička teorija ne samo da je dala četvrtu dimenziju, već nam je otkrila i paralelni svet antimaterije. Ajnštajn fiziku nikada nije posmatrao kao trkačku stazu, pa je džentlmenski prepustio Diraku slavu zbog otkrića tog novog sveta.) Radikalne Dirakove ideje isprva su izazvale čvrst otpor skeptika. Mogućnost postojanja čitavog novog sveta suprotnih čestica čija vrata je odškrinula formula E - ±mc2 činila se potpuno stranom. Kvantni fizičar Verner Hajzenberg (koji je istovremeno s Nilsom Borom, ali nezavisno od njega, formulisao kvantnu teoriju ekvivalentnu Šredingerovom otkriću), napiso je: „Dirakova teorija je najtužnije poglavlje moderne fizike... Smatram da je to diletantsko trabunjanje koje niko ne može uzeti za ozbiljno.“156 Skeptici su morali da progutaju ponos i priznaju da su pogrešili, kada je antielektron, ili pozitron, najzad otkriven 1932. godine - Dirak je za to dostignuće kasnije dobio Nobelovu nagradu. Hajzenberg je morao da prizna: „Milim da je otkriće antimaterije bilo možda najveći od svih velikih skokova u našem veku.“157 Još jednom je teorija relativnosti dovela do neočekivanih blaga. Ovog puta darovala nam je čitav novi svet antimaterije. (Šredinger i Dirak, zaslužni za formulisanje dve najvažnije funkcije kvantne teorije, bili su potpuno različitih karaktera. Šredingera je uvek Taj dodatni znak minus, tvrdio je Dirak, omogućavao je...: Pošto materija teži da postigne stanje u kojem je energija najniža, to znači da svi elektroni mogu dospeti u stanja negativne energije što bi dovelo do kolapsa kosmosa. Da bi se takva katastrofa sprečila, Dirak navodi da su sva stanja negativne energije već puna. Gama zrak može u prolazu udariti u elektron i izbaciti ga iz stanja negativne energije, ostavljajući „rupu“ ili mehur. Ta rupa bi se, kako predviđa Dirak, ponašala poput elektrona s pozitivnim naelektrisanjem, tj. kao antimaterija. 156 „Dirakova teorija je najtužnije poglavlje moderne fizike...“: Pais, Inward Bound, str. 348. 157 „Mislim da je otkriće antimaterije...“: Ibid., str. 360 155

109

zdls & meteori

pratila neka dama, a Dirak beše ćutljiv i neverovatno stidljiv pred ženama. Nakon Dirakove smrti Britanci su u čast njegovog doprinosa svetu fizike uklesali njegovu relativističku jednačinu u kamen u Vestmmsterskoj opatiji, nedaleko od Njutnovog groba.) Uskoro su se fizičari u svim institutima na našoj planeti upinjali da spoznaju čudne, divne mogućnosti Šredingerovih i Dirakovih jednačina. I pored neporecivog uspeha jednačina, kvantni fizičari nisu mogli da ignorišu uznemirujuće filozofsko pitanje: ako je materija talas, šta je talasanje? Isto pitanje pratilo je talasnu teoriju svetlosti, dovodeći do pogrešne teorije o eteru. Šredingerov talas je poput morskog i izvesno je da će, prepušten sam sebi, u jednom trenutku početi da se širi. Nakon dovoljno dugog perioda, talasna funkcija će se rasplinuti po čitavom svemiru. Takvi zaključci kosili su se sa svime što su fizičari znali 0 elektronima. Verovalo se da su subatomske čestice tačkasti objekti; oni poput mlaznjaka ostavljaju jasne tragove koji se mogu ovekovečiti na fotografskom filmu. Iako su ti kvantni talasi skoro s čudesnim uspehom objašnjavali misterije atoma vodonika, izgledalo je nemoguće da se Šredingerovim talasom opiše kretanje elektrona u slobodnom prostoru. Tačnije, kada bi Šredingerov talas zaista predstavljao elektron, taj talas bi se polako rasplinuo i svemir bi nestao. Negde je postojala užasna greška. Najzad je Maks Born, Ajnštajnov doživotni prijatelj, izneo jedno od najkontroverznijih rešenja ove zagonetke. Born je 1926. godine odlučno istupio s tvrdnjom da Šredingerov talas uopšte ne opisuje elektron, već mogućnost nalaženja elektrona. Izjavio je da se „kretanje čestica odvija u skladu sa zakonima verovatnoće, ali sama verovatnoća se pokorava zakonina kauzalnosti.“158 U toj novoj predstavi, materija se zaista sastoji od čestica umesto od talasa. Oznake na fotografskom filmu tragovi su tačkastih čestica, ne talasa. Ali verovatnoća nalaženja čestice u bilo kojoj tački prostora određena je talasom. (Preciznije, verovatnoću nalaženja čestice u određenoj prostorno-vremenskoj koordinati prikazuje apsolutni koren amplitude Šredingerovog talasa.) Više nije bilo važno to što bi se Šredingerov talas s vremenom rasplinuo. To je značilo da bi elektron prepušten samom sebi počeo da luta naokolo i ne biste znali gde se

158

„kretanje čestica odvija u skladu sa...“: Folsing, str. 585.

110

zdls & meteori

tačno nalazi. Svi paradoksi su sada bili rešeni: Šredingerov talas nije predstavljao česticu, već verovatnoću da je nađete. Verner Hajzenberg je otišao korak dalje. Zagonetka verovatnoće ugnežđene u novu teoriju neizmerno ga je mučila dok je pokušavao da je reši, često se žestoko raspravljajući sa starijim kolegom Borom. Jednog Jutra, nakon celonoćnog bezuspešnog razmatranja problema verovatnoće, dugo je šetao po parku Fild, iza univerziteta, neprestano se pitajući kako je moguće ne znati precizan položaj elektrona. Kako koordinata elektrona može biti neodređena, ako je verovati Maksu Bornu, kada je možete jednostavno izmeriti? Odjednom mu je sinulo. Sve je postalo jasno. Da biste znali gde se tačno nalazi elektron, morate ga videti. To znači da ga morate osvetliti. Ali fotoni u svetlosnom zraku sudarili bi se sa elektronom, zbog čega bi njegova tačna pozicija postala neodređena. Drugim rečima, čin opservacije ne neizbežno izaziva neodređenost u merenju. Na osnovu toga formulisao je nov fizički princip, princip neodređenosti, koji kaže da je nemoguće istovremeno odrediti položaj i brzinu čestice. (Preciznije, proizvod neodređenosti položaja i impulsa mora biti veći ili jednak Plankovoj konstanti podeljenoj s 4π.) To nije bila posledica nepreciznosti mernih instrumenata, već osnovni zakon prirode. Ni sâm Bog ne bi mogao znati tačan položaj i impuls elektrona. Bio je to sudbonosni trenutak - kvantna teorija je zašla u duboke, potpuno neistražene vode. Do tada se smatralo da su kvantni fenomeni statistički i da su predstavljali prosečno kretanje ogromnog broja elektrona. Izgleda da sada nije bilo moguće tačno opisati ni pokrete samo jednog elektrona. Ajnštajn se užasavao. Skoro da se osećao izdanim, jer je njegov dobar prijatelj Maks Born odbacio determinizam, jednu od najcenjenijih ideja klasične fizike. Determinizam podrazumeva da budućnost možete predvideti ako znate sve o sadašnjosti. Njutnoov ogromni doprinos fizici bio je u tome što se na osnovu zakona kretanja i tekućeg stanja solarnog sistema moglo predvideti kretanje kometa, Meseca i planeta. Fizičari su se vekovima divili preciznosti Njutnovih zakona, mogućnosti da predvide položaj nebeskih tela za milione budućih godina. Sve do trenutka Hajzenbergove spoznaje, čitava nauka se oslanjala na determinizam - naučnik može predvideti ishod eksperimenta ukoliko zna početni položaj i brzinu čestice. Njutnovi 111

zdls & meteori

sledbenici poredili su kosmos sa džinovskim satom. Bog je na početku navio taj sat koji otad pouzdano otkucava u skladu s Njutnovim zakonima kretanja. Ukoliko znate položaj i brzinu svakog atoma u svemiru, pomoću Njutnovih zakona možete apsolutno precizno odrediti evoluciju svemira. Međutim, princip neodređenosti je sve to osporavao, tvrdeći da je budućnost svemira nemoguće predvideti. Na primer, ne možemo odrediti trenutak raspada atoma uranijuma, već samo verovatnoću raspada. Decembra 1926. godine, kao odgovor na Bornova istraživanja, Ajnštajn je napisao: „Kvantna mehanika zahteva veliko poštovanje. Ali neki unutrašnji glas govori mi da je to poštovanje neopravdano. Teorija nudi mnogo, ali ne približava nas Gospodnjim tajnama. Ja smatram da On ne baca kockice.“159 Komentarišući Hajzenbergovu teoriju, Ajnštajn je zapazio: „Hajzenbergje izlegao veliko kvantno jaje. U Getingemu veruju u to jaje (ali ja ne.)“160 Ni Šredingeru se nije sviđala Hajzenbergova ideja. Ukoliko Jednačine predstavljaju samo verovatnoću, rekao je, žali što je imao veze s njima. Ajnštajn se jadao kako bi umesto fizičara radije bio krupije, da je znao da će kvantna revolucija koju je i on delom inicirao uvesti verovatnoću u fiziku. Fizičari su se podelili u dva tabora.161 Ajnštajn je predvodio struju odanu determinizmu, ideji koja je potekla još od Njutna i vekovima vodila fizičare. Saveznici su mu bili Šredinger i de Brolj. Na čelu druge, daleko brojnije grupacije, bio je Nils Bor koji je verovao u neodređenost i zagovarao novu verziju kauzalnosti zasnovanu na prosečnim vrednostima i verovatnoći. Bor i Ajnštajn su se potpuno razlikovali i po drugim kriterijumima. Ajnštajn se kao dete klonio sportova i sve svoje vreme posvećivao knjigama o geometriji i filozofiji, dok je Bor u Danskoj bio fudbalska zvezda. Ajnštajn se izražavao dramatično i dinamično, pisao pesme i „Kvantna mehanika zahteva veliko poštovanje...“: Ibid. „Hajzenberg je izlegao veliko kvantno jaje...“: Brian, str. 156. 161 „Fizičari su se podelili u dva tabora...: Ajnštajn je jasno predočio svoj stav u vezi sa determiniznom i neodređenošću: ,,Ja sam determinista, prinuđen da se ponašam kao da postoji slobodna volja, jer ako želim da živim u civilizovanom društvu moram se ponašati odgovorno. Znam da sa filozofskog stanovišta zločinac nije kriv za svoja zlodela, ali ipak ne bih s njim pio čaj. ...Ja nemam kontrolu, pre svega te tajanstvene žlezde u kojima priroda priprema samu srž života. Henri Ford to može nazvati svojim unutrašnjim glasom, Sokrat ih je nazvao demonima: svako na svoj način iskazuje činjenicu da ljudska volja nije slobodna. ...Sve je određeno, početak isto kao i kraj, delovanjem sila nad kojima nemamo kontrolu. Određeno je za insekte i za zvezde. Bilo da smo ljudska bića, povrće ili kosmička prašina, svi mi plešemo spram tajanstvenog vremena, po muzici dalekog nevidljivog svirača“ (Brian, str. 185). 159 160

112

zdls & meteori

nadmudrivao se s novinarima; a Bor je bio spetljan, mumlao je, često govorio neartikulisano i nečujno, beskrajno ponavljajući jednu reč kada bi ga misli preokupirale. Ajnštajn je s lakoćom pisao lirsku prozu, dok se Bor gotovo paralisao kada je morao da napiše rad. Kao srednjoškolac, diktirao je majci sve svoje radove. Kada se oženio, majčin zadatak preuzela je njegova žena (kojoj je čak usred medenog meseca diktirao dugačak, važan rad.) Ponekad bi čitavu svoju laboratoriju podigao na noge i zaustavio sve eksperimente, tražeći pomoć pri pisanju stote verzije nekog svog rada. (Kada je Bor pozvao Volfganga Paulija u Kopenhagen, ovaj je odgovorio: „Doći ću, ako je poslata poslednja verzija.“162) Da je bio inspirisan, Bor bi, zapravo, napisao i jednačine o postizanju golova na fudbalskim utakmicama. Čudno, ali Bor je mogao da funkcioniše samo ako bi kraj sebe imao asistenta koji bi izdvajao njegove ideje. Bez pomoćnika, bio je nemoćan. Ali obojica su bila opsednuti svojom prvom ljubavi, fizikom. Do direktnog sukoba došlo je na Šestoj Solvejevoj konferenciji u Briselu 1930. godine. Koplja su se lomila oko same prirode realnosti? Ajnštajn je bez prestanka izazivao Bora, koji se znojio pod neprestanim napadima, ali je uspevao da besprekorno odbrani svoje stavove. Ajnštajn je predložio elegantan „misaoni eksperiment“ koji bi uništio „demona“, princip neodređenosti: zamislite kutiju sa izvorom zračenja. Na kutiji je rupa zatvorena poklopcem. Ako se poklopac nakratko podigne, rupa može propustiti jedan foton iz kutije. Tako možemo s velikom preciznošću utvrditi vreme emitovanja fotona. Mnogo kasnije, izmerićemo kutiju. Pošto je prethodno ostala bez jednog fotona, biće lakša. Kako su masa i energija ekvivalentni, s velikom preciznošću možemo reći koliko ukupne energije sadrži kutija. Tako precizno i sasvim izvesno saznajemo ukupnu energiju i vreme otvaranja poklopca to znači da je princip neodređenosti pogrešan. Ajnštajn je mislio da je najzad našao način da uništi novu kvantnu teoriju. Pol Erenfest, učesnik konferencije i svedok ove žestoke bitke, napisao je: „Bio je to veliki udarac za Bora. U trenutku nije mogao da se snađe. Bio je nesrećan čitavo veče, šetao od jednog do drugog kolege pokušavajući da ih redom ubedi kako to ne može biti tačno - ukoliko Ajnštajn ima pravo, to je kraj fizike. Ali nije mogao da smisli način da 162

„Doći ću, ako je poslata poslednja verzija.“: Cropper, str. 244.

113

zdls & meteori

opovrgne Ajnštajnov zaključak. Nikada neću zaboraviti dva suparnika dok napuštaju univerzitetski klub. Ajnštajn, veličanstvena figura koja smireno hoda s blagim ironičnim osmehom i Bor koji trčka uz njega, duboko uznemiren.“163 Kada je kasnije te večeri pokušao da razgovara sa Erenfestom, Bor je jedino uspeo da u nedogled mrmlja: „Ajnštajn... Ajnštajn... Ajnštajn.“ Nakon napete, besane noći, Bor e našao grešku u Ajnštajnovom argumentu i iskoristio Ajnštajnovu teoriju relativnosti da ga pobedi. Pošto je kutija lakša nego na početku, zaključio je da će sile gravitacije na nju slabije delovati. Budući da se prema opštoj teoriji relativnosti vreme ubrzava kako gravitacija slabi (na primer, vreme brže teče na Mesecu), znači da bi najmanja nesigurnost pri merenju vremena dovela do neodređenosti u utvrđivanju položaja kutije. Zato se pozicija kutije ne može odrediti sa apsolutnom preciznošću. Povrh toga, nepreciznost u merenju težine kutije odraziće se na neodređenost njene energije i impulsa - odnosno, ne možete apsolutno precizno izmeriti impuls kutije. Kada se spoje delići, dve neodređenosti na koje je Bor ukazao - položaja i impulsa - potpuno se slažu s principom neodređenosti. Bor je uspeo da odbrani kvantnu teoriju. Kada se Ajnštajn pobunio: „Bog ne baca kockice“, Bor je, navodno, kao iz topa odbrusio: „Ko smo mi da govorimo Bogu šta da radi.“ Ajnštajn je morao priznati da je Bor uspeo da opovrgne njegove argumente. Napisao je: „Ubeđen sam da ta teorija sadrži delić konačne istine.“164 Komentarišući istorijsku raspravu između Ajnštajna i Bora, Džon Viler je rekao da je to bila „najveličanstvenija debata u intelektualnoj istoriji za koju znam. Trideset godina nisam čuo za dužu debatu između dva velikana o značajnijoj temi sa ozbiljnijim posledicama po razumevanje ovog našeg čudnog sveta.“165 Šredinger, kome se to novo tumačenje njegovih jednačina takođe nije dopadalo, izneo je čuveni problem s mačkom, kako bi otkrio rupe u principu neodređenosti. Pisao je o kvantnoj mehanici: ,,Ne sviđa mi se i žao mi je što imam veze s tim.“166 Najčudniji problem koji je predočio bio je onaj s mačkom zatvorenom u zapečaćenoj kutiji zajedno s bočicom punom otrovnog gasa, čekićem i Gajgerovim brojačem vezanim za „Bio je to veliki udarac za Bora...“: Folsing, str. 561. „Ubeđen sam da ta teorija...“: Ibid., str. 591. 165 „najveličanstvenija debata u intelektualnoj istoriji...“: Brian, str. 306. 166 ,,Ne sviđa mi se...“: Kaku, Hyperspace, str. 280. 163 164

114

zdls & meteori

radioaktivnu supstancu. Radioaktivni raspad uranijuma je nesumnjivo kvantni efekat. Ukoliko se uranijum nije raspao, mačka je živa. Ako se atom raspadne, aktiviraće se brojač, što će pokrenuti čekić koji će razbiti bočicu i oslobođeni gas će ubiti mačku. Prema kvantnoj teoriji, ne možemo predvideti kada će se uranijum raspasti. U suštini, atom uranijuma može istovremeno biti u oba stanja - netaknut ili raspadnut. Ali ako uranijumov atom može biti u oba stanja u isto vreme, onda je i postojanje mačke dualno. Dakle, pitanje je, da li je mačka živa ili mrtva? U svakodnevnom životu, to pitanje bi bilo besmisleno. Čak i ako ne možemo otvoriti kutiju, zdrav razum govori da je mačka ili mrtva ili živa. Niko ne može istovremeno biti i živ i mrtav; to bi bilo u sukobu sa svim što znamo o svemiru i fizičkoj realnosti. Međutim, kvantna teorija daje nam čudan odgovor - da zapravo ne znamo u kom je stanju mačka. Pre nego što otvorimo kutiju, mačka je predstavljena talasom, a talasi se mogu sabirati poput brojeva. Sabiranjem talasnih funkcija mrtve i žive mačke fizičari proveravaju u kom stanju je mačka. Tako je mačka ni mrtva ni živa dok ne otvorite kutiju. Dok je zatvorena u kutiji, samo možemo reći da postoje talasi koji opisuju mačku, istovremeno mrtvu i živu. Kada najzad otvorimo kutiju, možemo izvršiti merenje i uveriti se da je mačka živa ili mrtva. Kada spoljašnji posmatrač meri, omogućava se „kolaps“ talasne funkcije i precizno određivanje stanja mačke; kada se osvetli unutrašnjost kutije, talasna funkcija kolapsira i objekat trenutno prelazi u određeno stanje. Drugim rečima, postupak opažanja određuje konačno stanje objekta. Slabost Borove kopenhaške interpretacije leži u pitanju postoji li objekat pre merenja. Ajnštajnu i Šredingeru sve to činilo se protivprirodno. Ajnštajna su do kraja života mučila ta duboka filozofska pitanja (koja i danas izazivaju žestoke rasprave.) Nekoliko uznemirujućih aspekata ove zagonetke duboko su uzdrmali Ajnštajna. Prvo, pre nego što se obavi merenje, postojimo kao zbir svih mogućih univerzuma. Ne možemo tvrditi da li smo živi ili mrtvi, niti da li dinosaurusi još uvek žive ili da li je Zemlja uništena pre više milijardi godina. Sve je moguće, pre nego što se obavi merenje. Drugo, čin opažanja, po svemu sudeći, stvara realnost! Dolazimo do novog viđenja stare filozofske zagonetke da li drvo zaista pada u šumi ako ga niko ne čuje. Njutnovac bi rekao da drvo može pasti nezavisno 115

zdls & meteori

od toga da li će neko to opaziti. Ali neko iz kopenhaške škole rekao bi da drvo može postojati u svim mogućim stanjima (položeno, uspravno, mlado, trulo, izgorelo itd.) dok ga neko ne spazi - u tom trenutku njegovo postojanje je izvesno i određeno. Kvantna teorija vodi do potpuno neočekivanog tumačenja: opažanje drveta određuje njegovo stanje, odnosno da li stoji ili je palo. Ajnštajn je još u danima provedenim u Patentnom zavodu pokazivao sklonost da odlučno izdvaja suštinu bilo kog problema. Zato bi gostima u svom domu postavljao pitanje: „Postoji li Mesec zato što miš gleda u njega?“167 Ako je kopenhaška škola bila u pravu, odgovor je potvrdan Mesec prelazi na nivo postojanja kada ga miš spazi, a Mesečeva talasna funkcija kolapsira. U narednim decenijama, predloženo je mnogo rešenja problema s mačkom, ali nijedno potpuno zadovoljavajuće. Iako niko ne sumnja u valjanost kvantne mehanike, prethodna pitanja ostaju jedan od najvećih filozofskih izazova u čitavoj fizici. „O kvantnim problemima razmišljao sam stotinama puta više nego o opštoj teoriji relativnosti“,168 pisao je Ajnštajn, žaleći se kako su ga osnove kvantne mehanike neprestano mučile. Nakon dugotrajnog i dubokog razmatranja, Ajnštajn je istupio sa, smatrao je, odlučujućom kritikom kvantne teorije. Godine 1933. je sa svojim studentima Borisom Podolskim i Natanom Rozenom izneo zamisao o novom eksperimentu koji i danas zadaje glavobolju mnogim kvantnim fizičarima i filozofima. EPR (Einstein, Podolsky, Rosen) eksperiment možda nije, kako se Ajnštajn nadao, uništio kvantnu teoriju, ali je uspeo da pokaže kako ionako već prilično bizarna - postaje sve čudnija. Pretpostavimo da atom emituje dva elektrona u suprotnim smerovima. Svaki se vrti poput čigre, sa spinom usmerenim nagore ili nadole. Nakon dovoljno dugog vremena, te elektrone mogu deliti milijarde kilometara. Dok ne obavite merenje, ne možete znati spinove elektrona. Pretpostavimo da ste izmerili spin jednog elektrona i da je usmeren nagore. Istog trenutka znaćete spin i drugog elektrona, iako je udaljen mnogo svetlosnih godina - njegov spin je suprotan, odnosno usmeren nadole. To znači da merenje u jednom delu svemira trenutno određuje stanje elektrona na drugom kraju univerzuma, što narušava specijalnu 167 168

„Postoji li mesec...“: Ibid., str. 260. „O kvantnim problemima razmišljao sam stotinama puta više...“: Calaprice, str. 260.

116

zdls & meteori

teoriju relativnosti. Ajnštajn je tu pojavu nazvao „zastrašujuće dejstvo na daljinu“.169 Filozofske implikacije ovakvog zaključivanja prilično su jezive. Izgleda da neki atomi u našem telu mogu biti povezani nevidljivom mrežom sa atomima na drugom kraju svemira, tako da naši pokreti mogu trenutno uticati na stanje atoma udaljenih milijardama svetlosnih godina - to se opet sukobljava sa specijalnom teorijom relativnosti. Ajnštajnu se ta ideja nije sviđala, jer bi to značilo da svemir nije lokalan, odnosno da događaji na Zemlji, putujući brže od svetlosti, trenutno utiču na događanja na drugom kraju kosmosa. Čuvši za novu zamerku kvantnoj fizici, Šredinger je napisao Ajnštajnu: „Raduje me što ste u tom radu... očigledno uhvatili dogmatsku kvantnu fiziku za rep.“170 Borov kolega Leon Rozenfeld je zapisao šta se dešavalo nakon što su saznali za nove Ajnštajnove zaključke: „Prekinuli smo sva istraživanja; morali smo istog trenutka da razjasnimo tu nedoumicu. Bor je, duboko uzbuđen, odmah počeo da diktira odgovor.“171 Kopenhaška škola odolela je izazovu, ali je za to platila: Bor je morao priznati Ajnštajnu da je kvantni kosmos zaista nelokalan (događaji u jednom kraju kosmosa trenutno utiču na stanje drugog dela univerzuma.) Sve u kosmosu je međusobno povezano u kosmičku mrežu. EPR eksperiment, dakle, nije pobio kvantnu mehaniku; samo je pokazao koliko je luda. (U narednim godinama, EPR eksperiment je bio zloupotrebljivan za spekulacije o tome kako je moguće napraviti EPR radio koji bi emitovao talase brže od svetlosti, kako možemo slati signale u prošlost ili iskoristiti taj efekat za telepatiju.) EPR eksperiment nije negirao relativnost, pa možemo reći da se Ajnštajn poslednji smejao. Putem EPR eksperimenta nijedna korisna informacija ne može se emitovati brzinom većom od svetlosne. Pomoću EPR mehanizma ne možete odaslati Morzeov kod brže od svetlosti. Fizičar Džon Bel pokušao je da objasni problem na sledeći način: naveo je matematičara Bertlmana koji je uvek nosio ružičastu i zelenu čarapu. Ako znate da je na jednoj nozi zelena čarapa, istog trenutka znate da je na drugoj ružičasta, a nijedan signal nije poslat od jedne do druge noge. „zastrašujuće dejstvo na daljinu“: Brian, str. 281. „Raduje me što ste u tom radu...“: Ibid. 171 „Prekinuli smo sva istraživanja...“: Folsing, str. 698. 169 170

117

zdls & meteori

Drugim rečima, znati nešto nije isto što i širiti to znanje. Posedovati informaciju i pronositi je, sasvim su različite stvari. Krajem dvadesetih godina prošlog veka, već su se izdvojile dve moćne teorije fizike: relativnost i kvantna teorija. Te dve teorije obuhvatale su sve ljudsko znanje o fizičkom univerzumu. Jedna od njih, teorija relativnosti, opisala je ogromne pojave - Veliki prasak i crne rupe. Druga - kvantna teorija - objašnjavala je maleni, čudni svet atoma. Premda se kvantna teorija razvijala protivno intuiciji, niko nije mogao osporiti njene zadivljujuće eksperimentalne uspehe. Nobelove nagrade kao da su letele u ruke mladih fizičara spremnih da primenjuju kvantnu teoriju. Ajnštajn je bio previše dobar fizičar da bi ignorisao dostignuća koja su skoro svakodnevno iskrsavala na polju kvantne fizike. Nije osporavao njene uspehe u eksperimentima. Priznao je da je kvantna mehanika bila „najuspešnija teorija našeg doba“.172 Nije podmetao nogu razvoju kvantne mehanike, kao što bi neke sitnije duše među fizičarima uradile. (Ajnštajn je 1929. godine predložio da Šredinger i Hajzenberg podele Nobelovu nagradu.) Imao je sasvim suprotnu strategiju. Više nije napadao kvantnu teoriju kao netačnu, već je odlučio da je ugradi u objedinjenu teoriju polja. Kada ga je armija kritičara u Borovom taboru optužila da ignoriše kvantni svet, odgovorio je da njegov cilj nije ništa manje do kosmički: hteo je da celu kvantnu teoriju ugradi u svoju novu teoriju. Ajnštajn je izvodio analogije s prethodnim radovima. Relativnost nije dokazala da je Njutnova teorija sasvim pogrešna: samo je necelovita i može se integrisati u obuhvatniju teoriju. Njutnova mehanika bila je sasvim valjana u svom domenu - u svetu malih brzina i velikih objekata. Slično tome, Ajnštajn je verovao da neobične pretpostavke kvantne teorije o mački koja je istovremeno i živa i mrtva, može objasniti viša teorija. Brojni Ajnštajnovi biografi su pogrešno tumačili njegov stav prema kvantnoj mehanici. On nije tražio dokaz da je kvantna teorija pogrešna, kako su mnogi kritičari tvrdili. Previše često su ga prikazivali kao poslednjeg dinosaurusa klasične fizike, ostarelog pobunjenika, reakcionarskog glasnogovornika. Ajnštajnov cilj bio je da ukaže na nedovršenost kvantne teorije i da je upotpuni pomoću objedinjene teorije polja. Jedan od kriterijuma za objedinjenu teoriju polja bio je

172

„najuspešnija teorija našeg doba“: Pais, Einstein Lived Here, str. 128

118

zdls & meteori

upravo zahtev da, u izvesnoj aproksimaciji, reprodukuje princip neodređenosti. Ajnštajn je planirao da pomoću opšte relativnosti i objedinjene teorije polja objasni poreklo same materije, da konstruiše materiju iz geometrije. Ajnštajn i Nejtan Rozen su 1935. godine istraživali nov način da kvantna čestica poput elektrona bude prirodna posledica Ajnštajnove teorije, a ne fundamentalni objekat. Nadao se da će na taj način izvesti kvantnu teoriju bez suočavanja s problemom verovatnoće. Elementarne čestice su se u većini teorija javljale kao singulariteti, odnosno oblasti gde jednačine nisu definisane. Setite se Njutnovih jednačina u kojima je sila obrnuto srazmerna kvadratu rastojanja između dva objekta. Kada se rastojanje približi nuli, sila gravitacije postaje beskonačno velika, i dobijamo singularitet. Pošto je Ajnštajn hteo da izvede kvantnu teoriju iz obuhvatnije teorije, zaključio je da mu treba teorija potpuno oslobođena singulariteta. (Primeri za to mogu se naći u prostim kvantnim teorijama. Zovu se „solitoni“ i podsećaju na zavojke u prostoru: glatki su, nisu singularni, mogu se odbijati jedni od drugih i održavati isti oblik.) Ajnštajn i Rozen predložili su nov način da se dođe do takvog rešenja. Pošli su od dve švarcšildovske crne rupe koje se nalaze na dva paralelna lista papira. Moguće je makazama izrezati svaki singularitet, odnosno crnu rupu i zalepiti dva lista. Tako bi se dobilo glatko rešenje bez singulariteta koje je, po Anjštajnu, moglo predstavljati subatomsku česticu. To znači da se kvantne čestice mogu posmatrati kao malene crne rupe. (Ta ideja oživljena je šezdeset godina kasnije, u teoriji struna čije matematičke jednačine mogu subatomske čestice pretvoriti u crne rupe i obratno.) Taj „Ajnštajn-Rozenov most“ može se posmatrati i na drugi način. U njegovom kontekstu prvi put se u naučnoj literaturi pominju „crvotočine“ koje spajaju dva univerzuma. Crvotočine su prečice u vremenu i prostoru, nalik na kapije ili portale koji spajaju dva paralelna lista papira. Ideju crvotočina javnosti je prvi predočio Čarls Dodžson (poznat kao Luis Kerol), oksfordski matematičar, pisac Alise u zemlji čuda i Alise iza ogledala. Kada Alisa stavi ruku na ogledalo, stupa na svojevrstan Ajnštajn-Rozenov most koji spaja dva univerzuma - Zemlju čuda i okolinu Oksforda. Naravno, jasno je bilo da će svakog ko padne u Ajnštajn-Rozenov prolaz na smrt smrskati intenzivna sila gravitacije, 119

zdls & meteori

dovoljno jaka da pocepa atome njegovog tela. Putovanje kroz crvotočinu do paralelnog svemira bilo bi nemoguće kada bi crna rupa bila stacionarna. (Moralo je da prođe šezdeset godina da bi koncept crvotočina dobio jednu od glavnih uloga u fizici.) Ajnštajn je, najzad, odustao od te ideje, delom zato što nije bio u stanju da objasni sve tajne subatomskog sveta. Nije mogao u potpunosti da objasni sva čudna svojstva „drveta“ pomoću „mermera“. Jednostavno, subatomske čestice imale su previše karakteristika (na primer, masu, spin, naelektrisanje, kvantne brojeve, itd.) kojima nikako nije uspevao da nađe mesto u svojim jednačinama. Njegov cilj bio je da nađe sliku koja bi mu otkrila nedovršenu objedinjenu teoriju u svom njenom sjaju; međutim, jedan od ključnih problema bio je to što je nuklearna sila u to vreme još uvek bila velika nepoznanica. Ajnštajn je istraživao decenijama pre nego što će podaci dobijeni iz eksperimenata sa moćnim neutronskim generatorima razjasniti prirodu subatomske materije. Zato nikada nije našao željenu sliku.

120

zdls & meteori

P O G L A V LJ E 8

Rat, mir i E = mc2

Tridesetih godina prošlog veka svet se našao u poročnom zagrljaju velike krize, a haos je iznova potresao ulice u Nemačkoj. Pošto se sunovratila domaća valuta, marljivi pripadnici srednje klase preko noći su ostali bez svojih uštedevina. Nacistička partija koja je bila u usponu, hranila se jadom i čemerom nemačkog naroda, a svoj bes je usmerila na najpodesnije žrtveno jagnje - Jevreje. Uz podršku moćnih industrijalaca, ubrzo je postala najjača sila u Rajhstagu. Ajnštajn, koji se godinama opirao antisemitizmu, uvideo je da je ovoga puta njegov život u opasnosti. Premda pacifista, realno je sagledao situaciju, usklađujući svoje poglede s meteorskim usponom nacista. „Protivim se upotrebi sile ma kakve da su okolnosti osim kad se suočim s neprijateljem čiji je cilj uništenje samog života“,173 pisao je Ajnštajn. Ovakav prilagodljiv stav biće stavljen na probu. Godine 1931. objavljena je knjiga Sto autora protiv Ajnštajna, koja je sadržala svakakve antisemitske izjave protiv čuvenog fizičara. Dokument je potpirivao vatru: „Namena ovog izdanja je da se svom snagom suprotstavi teroru ajnštajnovaca.“174 Ajnštajn je kasnije rekao kako im za obaranje teorije relativnosti nije ni trebalo stotinu autora. Da je netačna, bio bi dovoljan samo jedan. Nemoćan da se suprotstavi nadolazećoj plimi nacizma, Ajnštajn je decembra 1932. godine zauvek napustio Nemačku. Rekao je Elzi da dobro pogleda njihovu seosku kuću u Kaputu, i tužno dodao: „Osvrni se oko sebe, jer je nikada više nećeš videti.“175 Situacija se naglo pogoršala 30. januara 1933. godine kada su nacisti, tada već najveća stranka u parlamentu, najzad preuzeli vlast, a Adolf Hitler je proglašen za kancelara Nemačke. Nacisti su konfiskovali „Protivim se upotrebi sile...“: Cropper, str. 226. „Namena ovog izdanja je da se svom snagom suprotstavi...“: Sugimoto, str. 127. 175 „Osvrni se oko sebe, jer je nikada više nećeš videti.“: Pais, Einstein Lived Here, str. 190. 173 174

121

zdls & meteori

Ajnštajnovu imovinu i račun u banci ostavivši ga bez prebijene pare, oduzevši mu uz to njemu tako dragu kuću u Kaputu uz tvrdnju da su u njoj pronašli oružje (Kasnije se ispostavilo da su pronašli samo kuhinjski nož. Tokom Trećeg rajha kuću u Kaputu koristila je Liga nemačkih devojaka.) Desetog maja nacisti su upriličili javno paljenje zabranjenih knjiga, među kojima je bilo i Ajnštajnovih dela. Iste godine Ajnštajn se obratio Belgijancima koji su bili u nemačkoj senci: ,,U današnjim okolnostima, da sam Belgijanac, ne bih odbio da služim vojsku.“176 Njegove izjave, koje su preneli svetski mediji, namah su izazvale prezir nacista ali i pacifista; potonji su verovali da su miroljubiva sredstva jedini način suprotstavljanja Hitleru. Uviđajući pravu brutalnost nacističkog režima, Ajnštajn je ostao nepokolebljiv: „Antimilitaristi se obrušavaju na mene kao na pokvarenjaka... ali oni su samo slepi kod očiju.“177 Prinuđen da pobegne iz Nemačke, Ajnštajn - svetski putnik - još jednom ostaje bez doma. Za vreme boravka u Engleskoj 1933, posetio je Vinstona Čerčila na njegovom imanju. U Čerčilovoj knjizi gostiju Ajnštajn je u rubrici „adresa“ napisao: „Bez adrese“. Pošto se sad nalazio pri samom vrhu nacističke liste omraženih, morao je da vodi računa o svojoj bezbednosti. Navodeći neprijatelje nacističkog režima, jedan nemački časopis objavio je na naslovnoj strani Ajnštajnovu fotografiju uz propratni tekst: „Još nije obešen.“ Antisemiti su s ponosom isticali da su, nakon što su oterali Ajnštajna iz Nemačke, u stanju da proteraju i sve ostale jevrejske naučnike. U to vreme nacisti su usvojili nov zakon kojim se zahtevalo da se otpuste svi Jevreji na visokim položajima, što je značilo momentanu propast nemačke fizike. Devet dobitnika Nobelove nagrade moralo je da napusti Nemačku zbog novog zakona o civilnoj službi, dok je sedamnaest univerzitetskih radnika dobilo otkaz tokom jedne godine, pa je nemačka nauka i tehnologija postala anemična. Masovni progon u deo Evrope koji nije bio pod komandom nacista, bukvalno je desetkovao vrh naučne elite. Marks Plank, večiti oportunista, nije prihvatao pokušaje svojih kolega da se javno suprotstave Hitleru. Više je voleo da koristi privatne kanale, pa se čak sreo s Hitlerom maju 1933, i uputio mu poslednju molbu da 176 177

,,U današnjim okolnostima, da sam Belgijanac...“: Folsing, str. 675. „Antimilitaristi se obrušavaju na mene...“: Ibid.

122

zdls & meteori

spreči propast nemačke nauke. Plank će kasnije zapisati: „Nadao sam se da ću mu dokazati kako čini strahovitu grešku... zato što progoni naše Jevrejske kolege; da ću mu pokazati kako je besmisleno i krajnje nemoralno osuđivati ljude koji su sebe oduvek smatrali Nemcima i koji su, poput svih drugih, svoje živote ponudili Nemačkoj.“178 Tokom tog susreta, Hitler je rekao da nema ništa protiv Jevreja, ali da su svi oni komunisti. Kad je Plank pokušao da mu na to odgovori, Hitler je povikao: „O meni se priča da dobijam nervne napade, ali moji živci su čelični!“179 Potom se lupio po kolenu i nastavio svoju tiradu protiv Jevreja. Plank je žalio zbog toga: „Nije me shvatio... Naprosto nema jezika koji takvi ljudi mogu razumeti.“180 Sve Ajnštajnove Jevrejske kolege napustile su Nemačku spasavajući živu glavu. Leo Zilard je otišao sakrivši svu svoju ušteđevinu u cipele. Fric Haber je 1933. pobegao iz Nemačke u Palestinu. (Ironijom sudbine, kao naučnik odan Nemačkoj, Zilard je pomogao razvijanje otrovnog gasa za nemačku vojsku i proizveo ozloglašeni gas ciklon B. Tim gasom su kasnije u Aušvicu pobijeni mnogi članovi njegove porodice.) Mada nije bio Jevrejin, Ervin Šredinger se takođe užasnuo nad histerijom. Kada su nacisti 31. marta 1933. godine objavili opšti bojkot svih Jevrejskih radnji, Šredinger se slučajno našao ispred Verthajma, najveće jevrejske prodavnice u Berlinu. Iznenada je video kako grupe jurišnika s nacističkim svastikama prebijaju jevrejske prodavce dok policija i narod stoje po strani i smeju se. Šredinger nije mogao da izdrži - prišao je jednom jurišniku i prekorio ga. Uto su jurišnici krenuli da tuku njega. Mogao je ozbiljno da nastrada od tog bezumnog premlaćivanja, ali jedan mladi fizičar koji je takođe nosio svastiku na rukavu prepoznao je Šredingera i spasao ga.181 Potresen onim što se dogodilo, Šredinger je napustio Nemačku i otišao u Englesku pa potom u Irsku. Godine 1943, nacisti su okupirali Dansku gde je Bor, delom Jevrejin, bio na listi za odstrel. Za dlaku je uspeo da umakne Gestapou preko neutralne Švedske, odakle je potom prebegao u Englesku (umalo se ugušio u avionu zbog neodgovarajuće maske s kiseonikom). Plank, odani patriota koji nikada nije napustio Nemačku takođe je strašno „Nadao sam se da ću mu dokazati...“: Cropper, str. 271. „O meni se priča da dobijam nervne napade...“: Brian, str. 247. 180 „Nije me shvatio...“: Cropper, str. 271. 181 Mogao je ozbiljno da nastrada od tog bezumnog premlaćivanja... : Moore, str. 265. 178 179

123

zdls & meteori

propatio. Plankov sin je pokušao atentat na Hitlera, pa su ga nacisti uhapsili, mučili ga i na kraju pogubili. Iako je Ajnštajn bio u egzilu, stizale su mu ponude za posao iz svih delova sveta. Vodeći univerziteti u Engleskoj, Španiji i Francuskoj hteli su da pridobiju svetski poznatog naučnika da radi za njih. Ranije je zime provodio na Univerzitetu u Prinstonu kao gostujući profesor, dok je preko leta boravio u Berlinu. Predstavljajući nov institut koji je trebalo da se osnuje u Prinstonu, najvećim delom pomoću pet miliona dolara iz fonda Bamberger fortune, Abraham Fleksner se nekoliko puta sreo sa Ajnštajnom i predočio mu mogućnost da pređe tamo. Ajnštajnu se svidelo što bi mogao da putuje i ne bi morao da predaje. Mada je bio omiljen predavač i često je znao da razdrma studente zanimljivim anegdotama, profesorske dužnosti oduzimale su mu vreme posvećeno njegovoj voljenoj fizici. Jedan kolega je upozorio Ajnštajna da bi, ukoliko se preseli u Sjedinjene Države, praktično „izvršio samoubistvo“. Pre iznenadnog priliva Jevrejskih naučnika iz nacističke Nemačke, Amerika je u naučnom pogledu smatrana učmalom sredinom, bez gotovo ijedne visokoobrazovne institucije koja bi mogla parirati onima u Evropi. Braneći svoj izbor, Ajnštajn je pisao belgijskoj kraljici Elizabeti: „Prinston je divno mestašce... staromodna, tradicionalna varošica. Uz zanemarivanje određenih običaja, uspeo sam da za sebe stvorim atmosferu pogodnu za rad, bez ičega što bi me ometalo.“182 Svetom se pronela vest da se Ajnštajn nastanio u Americi. „Papa fizike“ napustio je Evropu. Njegov novi Vatikan nadalje će biti Institut za napredne studije u Prinstonu. Kada su Ajnštajna prvi put odveli u njegov kabinet, upitali su ga šta mu sve treba. Osim stola i stolice, rekao je da mu treba „velika kanta za otpatke... da bih u nju mogao bacati sve svoje greške.“183 (Institut je jamačno ponudio nameštenje i Ervinu Šredingeru, o kome se pričalo da živi u „slobodnom braku“ Jer su ga uvek pratile žena i ljubavnica. Njemu je atmosfera u Prinstonu bila kruta i konzervativna.) Amerikanci su bili zadivljeni zbog novopridošlog stanovnika države Nju Džersi, i on je odmah postao najpopularniji naučnik u zemlji. Ubrzo su svi znali za 182 183

„Prinston je divno mestašce...“: Cropper, str. 226. „velika kanta za otpatke... da bih u nju mogao bacati...“: Brian, str. 251.

124

zdls & meteori

njega. Opklade radi, dva Evropljanina su poslala pismo naslovivši ga na ,,Dr Ajnštajn, Amerika“, da bi videli hoće li stići do njega. Stiglo je.184 Tridesetih godina prošlog veka Ajnštajn je tegobno živeo. Njegove najgore bojazni za sina Eduarda (koga su iz milošte zvali Tedel) obistinile su se kad je Eduard doživeo nervni slom 1930. godine nakon propale veze sa starijom ženom. Smestili su ga u psihijatrijsku bolnicu Burgozli u Cirihu, u kojoj je ranije boravila i Milevina sestra. Sa dijagnozom šizofrenika, izuzimajući kratke periode, do kraja života boravio je u mentalnoj ustanovi. Ajnštajn je oduvek sumnjao da će jedan od njegovih sinova možda naslediti mentalne probleme s majčine strane, te je krivio „zlehudo naslede“.185 „Video sam kako dolazi, polako ali neumitno, još od kad je Tedel bio mladić“,186 tužno je zapisao Ajnštajn. Godine 1933, Ajnštajnov blizak prijatelj Pol Erenfest koji mu je pomogao bodreći ga u ranom razvoju opšte teorije relativnosti, u nastupu depresije ubio je svog mladog, retardiranog sina i potom izvršio samoubistvo. Nakon duge i teške bolesti, posle dvadeset godina zajedničkog života, 1936. godine umire Elza. Prema svedočanstvu njegovih prijatelja, Ajnštajn je bio „izuzetno uzdrman“.187 Njena smrt „prekinula je najsnažniju vezu koju je imao s drugim ljudskim bićem“.188 Teško je to podneo, ali se polako oporavio. Pisao je: „Odlično sam se svikao na ovdašnji život. Živim kao medved u izbi... Moja medveđa priroda još više je izbila posle smrti moje sadružnice koja se bolje od mene snalazila s drugim ljudima.“189 Nakon Elzine smrti živeo je sa svojom sestrom Majom, koja je takođe pobegla od nacista, s pastorkom Margot i sekretaricom Helen Dukas. Otpočelo je poslednje razdoblje njegovog života. Tokom tridesetih i četrdesetih godina naglo je ostario, a bez Elze koja ga je stalno opominjala da vodi računa o svom izgledu, harizmatična osoba puna života koja je u svom fraku zasenjivala kraljeve i kraljice, vratila se svojim starim boemskim navikama iz mladosti. Ajnštajn se pretvorio u sedog zanesenjaka i u dragom sećanju ljudi ostao je kao prinstonski 184

Opklade radi, dva Evropljanina..: Parker, str. 17. „zlehudo naslede“: Folsing, str. 672. 186 „Video sam kako dolazi...“: Ibid. 187 „izuzetno uzdrman“: Brian, str. 297. 188 „prekinula je najsnažniju vezu koju je imao...“: Ibid. 189 „Odlično sam se svikao...“: Folsing, str. 699. 185

125

zdls & meteori

mudrac koji se s jednakom dobrodušnošću pozdravljao s decom i plemstvom. Ajnštajn je i dalje radio bez prestanka. U Prinstonu se suočio s još jednim izazovom - pravljenjem atomske bombe. Još 1905. godine Ajnštajn je razmišljao o tome da bi njegova teorija mogla objasniti kako mala količina radijuma može tako jako da isijava u mraku dok njegovi atomi emituju veliku energiju bez vidljivog ograničenja. Količina energije zapretena u jezgru lako bi se mogla pokazati stotinama miliona puta većom od energije hemijskog oružja. Godine 1920, Ajnštajn je spoznao ogromne praktične implikacije energije zarobljene u atomskom jezgru i zapisao je: „Moguće je, čak nije neverovatno, da dođemo do novih izvora izuzetno efikasne energije, ali ova zamisao nema direktno uporište u sada znanim činjenicama. Teško je predviđati, ali je u granicama mogućeg.“190 Čak je 1921. godine razmatrao ideju da će, jednog dana u budućnosti, svetsko tržište umesto na uglju počivati na nuklearnoj energiji. Isto tako jasno, uočio je dva ogromna problema. Prvo, ova kosmička vatra mogla bi da ubrza nastanak atomske bombe, sa strašnim posledicama po čovečanstvo. Proročki je zapisao: „Spram njenih razornih efekata, sva oruđa za uništavanje od izuma vatrenog oružja naovamo izgledala bi kao bezazlena dečja igra.“191 Zabeležio je i da bi atomska bomba mogla da dovede do nuklearnog terorizma, pa čak i do nuklearnog rata: „ Ako bi bilo moguće izazvati tako ogromno oslobađanje energije, našli bismo se u dobu prema kojem bi kao zlato izgledala naša sadašnjost zasnovana na crnom uglju kao energentu.“192 Poslednje, mada ne i najvažnije, shvatao je koliko je izazov raditi na stvaranju takvog oružja. Štaviše, sumnjao je da će se za njegovog života tako nešto desiti. Dvadesetih godina prošlog veka bilo je nemoguće sagledati probleme koji bi mogli nastati kada bi se ta strašna snaga zaključana u jednom atomu povećavala hiljadama milijardi puta. Napisao je da je to jednako teško ,,kao pucati u mraku na ptice, u kraju gde obitava samo nekoliko ptica.“193 Ajnštajn je shvatio da je rešenje nekako povećati snagu jednog atoma. Ako bi se uzela energija jednog atoma i izazvalo otpuštanje energije „Moguće je, čak nije neverovatno...“: Ibid., str. 707. ,,sva uništavanja od...“: Ibid., str. 708. 192 „Ako bi bilo moguće izazvati...“: Ibid. 193 ,,kao pucati u mraku na ptice...“: Ibid., str. 709. 190 191

126

zdls & meteori

susednih atoma, onda bi se ta nuklearna energija mogla povećati. Nagađao je da bi do lančane reakcije moglo doći ,,ako bi oslobođeni zraci... mogli i sami da proizvedu iste efekte.“194 Dvadesetih godina prošlog veka, Ajnštajn nije znao kako bi se mogla izazvati takva lančana reakcija. I drugi su se, naravno, bavili idejom o nuklearnoj energiji, ali ne za dobrobit čovečanstva već iz zloćudnih razloga. Aprila 1924, Paul Hartek i Vilhelm Grot obavestili su Odeljenje za dekrete nemačke armije da će „zemlja koja prva napravi atomsku bombu imati neprocenjivu prednost nad ostalima“.195 Evo u čemu je problem u vezi sa oslobađanjem ove energije: jezgro atoma je pozitivno naelektrisano te stoga odbija ostala pozitivna naelektrisanja. Na taj način jezgro je zaštićeno od svih nasumičnih sudara u kojima bi se mogla osloboditi njegova gotovo neograničena energija. Ernst Raderford, čiji je pionirski rad doveo do otkrića atomskog jezgra, odbacio je ideju o atomskoj bombi tvrdeći da „svako ko očekuje izvor energije iz transformacije ovih atoma, priča besmislice“.196 Ova pat pozicija je dramatično prekinuta 1932. godine; tada je Džejms Čedvik otkrio novu česticu, neutron, koja je sused protona u jezgru i nije naelektrisana (električno je neutralna). Kada bismo ispalili zrak neutrona (iz jezgra), neutron bi, netaknut električnim poljem oko jezgra, mogao da razbije jezgro oslobađajući nuklearnu energiju. Fizičari su se dosetili: zrak ovakvih neutrona mogao bi da bez ikakvih problema pocepa atom i posluži kao okidač za atomsku bombu. Premda je Ajnštajn sumnjao da je moguće napraviti atomsku bombu, ključni događaji koji su vodili do nuklearne fisije počeli su da se odvijaju sve većom brzinom. Godine 1938, Oto Han i Fric Štrasman s berlinskog Instituta za fiziku kajzer Vilhelm, naelektrisali su svet fizike cepanjem jezgra uranijuma. Nakon bombardovanja uranijuma neutronima, oni su naišli na tragove barijuma, što je ukazivalo na to da se jezgro uranijuma pocepalo napola pri čemu je nastao barijum. Lize Majtner, jevrejska naučnica i Hanova koleginica (Han je pred nacistima pobegao iz zemlje), ponudila je, zajedno sa svojim rođakom Otom Frišom, teorijsku osnovu koja je nedostajala rezultatima Hanovih poduhvata. Njihova istraživanja su pokazala da su pocepani delovi preostali nakon tog procesa bili nešto ,,ako bi oslobođeni zraci... mogli i sami...“: Ibid., str. 708. „zemlja koja prva napravi...“: Ibid., str. 712. 196 „svako ko očekuje izvor energije...“: Pais, Inward Bound, str. 436. 194 195

127

zdls & meteori

lakši od prvobitnog jezgra uranijuma. Izgledalo je da se masa gubi tokom reakcije. Uz to, cepanje atoma uranijuma oslobodilo je energiju od 200 miliona elektron volti, koja se, činilo se, pojavila niotkuda. Kud je nestala ona masa, i odakle se stvorila ta tajanstvena energija? Majtnerova je otkrila da je rešenje zagonetke u Ajnštajnovoj jednačini E = mc2. Ako bi se masa koja nedostaje pomnožila sa c2, dobilo bi se 200 miliona elektron volti, tačno prema Ajnštajnovoj teoriji. Kada je saznao za ovu iznenađujuću potvrdu Ajnštajnove jednačine, Bor je odmah uvideo značaj dobijenih rezultata. Lupio se po čelu i uzviknuo: „Kakve smo budale bili!“197 Marta 1939. godine, Ajnštajn je izjavio za Njujork Tajms da dosadašnji rezultati ,,ne opravdavaju pretpostavku o praktičnoj upotrebi atomske energije oslobođene u ovom procesu... Ipak, nema tako malodušnog fizičara koji bi dozvolio da to umanji njegovo zanimanje za ovu izuzetno važnu temu.“198 Gotovo u isto vreme, Enriko Fermi i Frederik Žolio-Kiri (zet Marije Kiri) otkrili su da se pri cepanju jezgra uranijuma oslobađaju dva neutrona. Bilo je to izuzetno otkriće. Ako bi ova dva neutrona uzrokovala cepanje druga dva jezgra uranijuma, nastala bi četiri neutrona, potom osam, pa 16, zatim 32, do beskonačnosti, sve dok se u ovoj lančanoj reakciji ne oslobodi nepojmljiva nuklearna energija. U deliću sekunde, cepanje jednog atoma uranijuma dovelo bi do cepanja milijardu milijardi drugih atoma uranijuma pri čemu bi se oslobodila nezamisliva količina energije. Gledajući kroz prozor svog kabineta na Univerzitetu Kolumbija, Fermi je sumorno razmišljao o tome da samo jedna atomska bomba može da razori Njujork dokle god mu pogled doseže. Trka je počela. Potaknut brzim razvojem događaja, Zilard se zabrinuo da će Nemci prvi napraviti atomsku bombu, budući da su imali primat u oblasti atomske fizike. Godine 1939, Zilard i Eugen Vigner odvezli su se do Long Ajlenda. Nameravali su da nagovore Ajnštajna da upute pismo američkom predsedniku Ruzveltu. Sudbonosno pismo, jedno od najvažnijih u istoriji, počinje ovako: „Nedavni rad Fermija i Zilarda, koji mi je prosleđen u vidu rukopisa, naveo me je da pretpostavim da će u bliskoj budućnosti element 197 198

„Kakve smo budale bili!“ Cropper, str. 340. ,,ne opravdavaju pretpostavku...“: Folsing, str. 710.

128

zdls & meteori

uranijum postati nov i važan izvor energije.“199 U tonu sumornog predskazanja, u pismu se navodi da je Hitler pokorio Čehoslovačku i zatvorio češke rudnike oksida uranijuma, bogat izvor rude uranijuma. Potom sledi upozorenje: „Samo jedna ovakva bomba koju bi prenosio brod ili bi eksplodirala u luci, mogla bi da sravni sa zemljom celu luku i okolinu. Takve bombe, s druge strane, po svoj prilici bilo bi teško prenositi vazdušnim putem.“ Pismo je predato Ruzveltovom savetniku Aleksandru Zeksu, da ga on dalje prosledi predsedniku. Na Zeksovo pitanje razume li nadasve sumoran ton pisma, Ruzvelt je odgovorio: „ Aleks, ti treba da se pobrineš da nacisti ne dignu nas u vazduh.“ Potom se okrenuo generalu Vatsonu: „Moramo nešto da preduzmemo.“200 Za jednogodišnje istraživanje uranijuma izdvojeno je samo šest hiljada dolara. Ipak, zanimanje za atomsku bombu iznenada se pojačalo kad je u jesen 1941. godine u Vašington stigao tajni izveštaj Friša i Pirlsa. Radeći svaki za sebe, ovi engleski naučnici potvrdili su sve detalje koje je Ajnštajn izneo, te je na osnovu toga 6. decembra 1941. započet projekat Menhetn. Po instrukcijama Roberta Openhajmera, koji je radio na Ajnštajnovoj teoriji crnih rupa, u tajnosti je pozvano više stotina svetski priznatih naučnika. Oni su otputovali u Los Alamos, u pustinjsku oblast Novog Meksika. Brojni naučnici sa svih vodećih univerziteta, među njima Hans Bete, Enriko Fermi, Edvard Teler i Eugen Vigner, tiho su napustili svoja nameštenja. (Nije baš svima godilo toliko interesovanje za atomsku bombu. Lize Majtner, čiji je rad omogućio da ovaj projekat otpočne, odlučno je odbila da učestvuje u bilo kakvom projektu izrade bombe. Ona je bila jedini istaknuti naučnik savezničkih sila koji nije prihvatio poziv da se pridruži grupi u Los Alamosu. „Neću da imam nikakve veze s bombom!“201 kratko je izjavila. Godinama kasnije, kad su holivudski scenaristi nastojali da njen lik odenu glamurom u filmu Početak kraja (The Beginning of the End), i predstave je kao heroinu koja je hrabro ukrala nacrt atomske bombe i pobegla iz nacističke Nemačke, Lize Majtner je odgovorila da će „radije ići naga po Brodveju“202 nego da učestvuje u toj nečasnoj obmani. „Nedavni rad Fermija i Zilarda...“: Ibid., str. 712. „Moramo nešto da preduzmemo.“: Ibid. 201 „Neću da imam nikakve veze...“: Cropper, str. 342. 202 „radije ići naga po Brodveju...“: Ibid. 199 200

129

zdls & meteori

Ajnštajn je bio svestan da sve njegove bliske kolege iznenada napuštaju Prinston i ostavljaju tajanstvenu adresu u Santa Feu, Novi Meksiko, da im na nju šalju pisma. Ajnštajna nisu pozvali da im se pridruži i on je ceo rat proveo u Prinstonu. Razlog za to otkriven je u ratnim dokumentima s kojih je skinuta oznaka „poverljivo“. Vanevar Buš, šef Službe za naučna istraživanja i razvoj i savetnik od poverenja predsednika Ruzvelta, zapisao je: „Mnogo bih voleo da mu (Ajnštajnu) iznesem celu situaciju... ali sa stanovišta ljudi iz Vašingtona koji su proučavali sve o njemu, to je posve nemoguće.“203 FBI i vojni obaveštajci zaključili su da se Ajnštajnu ne može verovati: ,,S obzirom na njegove radikalne stavove u prošlosti, ova služba ne može bez detaljne istrage da preporuči dr Ajnštajna za poverljive zadatke, a gotovo je nemoguće da čovek s takvom prošlošću ovako brzo postane lojalan američki građanin.“204 FBI očigledno nije uočio da je Ajnštajn već znao za taj projekat i da je zapravo pomogao da on otpočne. Nedavno je javnosti postao dostupan Ajnštajnov dosije iz FBI na 1427 strana. Edgar Huver je za Ajnštajna tvrdio da je komunistički špijun ili žrtva obmane. U FBI su pažljivo pratili i najmanju glasinu u vezi sa Ajnštajnom, i sve to zavodili u dosije. Ipak, kad bi se našli pred Ajnštajnom agenti FBI su bili začuđujuće nemarni - kao da ga su se plašili. Zato bi obično ispitivali i uznemiravali osobe iz njegovog okruženja. Tako se u FBI nagomilalo na stotine pisama raznih ekscentrika. Posebno su zavodili izveštaje o tome da Ajnštajn hoće da izume neku vrstu smrtonosnog zračenja. U maju 1943, jedan mornarički poručnik pozvao je Ajnštajna i upitao ga je li voljan da radi na konstruisanju oružja i visokoeksplozivnih naprava za američku mornaricu. „Bilo mu je jako teško što su ga zapostavili. Niko mu se nije obratio s molbom da pomogne tokom rata“,205 zapisao je poručnik. Uvek sklon doskočicama, Ajnštajn je primetio da je primljen u vojsku a da nije morao da se podšiša. Prilježnost savezničkih snaga da naprave atomsku bombu pojačao je strah od nemačke bombe. Stvarnost je bila drugačija: nemačke napore da „Mnogo bih voleo da mu iznesem...“: Folsing, str. 714. ,,S obzirom na njegove radikalne stavove...“: Ibid. 205 „Bilo mu je jako teško što su ga zapostavili...“: Ibid., str. 715. 203 204

130

zdls & meteori

tokom rata naprave atomsku bombu, kočili su nedostatak ljudstva i materijalnih sredstava. Najveći nemački kvantni fizičar, Verner Hajzenberg, postavljen je na čelo tima naučnika koji će raditi na nemačkom projektu (atomske bombe). U jesen 1942, kada su nemački naučnici shvatili da bi im za izradu atomske bombe trebalo još tri godine napornog rada, nacistički ministar naoružanja Albert Šper odlučio je da privremeno obustavi projekat. Tako je Šper napravio stratešku grešku, jer je pretpostavio da će Nemci za tri godine dobiti rat pa im atomska bomba neće trebati. I pored toga, nastavio je da izdvaja sredstva za istraživanja podmornica s nuklearnim pogonom. Hajzenberga su sputavali drugi problemi. Hitler je obznanio da će se nastaviti rad na razvoju samo onih vrsta oružja čiji se rezultati mogu videti u narednih šest meseci, a to je bio nezamislivo kratak rok. Osim što im je nedostajalo materijalnih sredstava, nemačke laboratorije su neprestano bile izložene napadima savezničkih snaga. Godine 1942, dignuta je u vazduh Hajzenbergova fabrika teške vode u norveškom gradu Vermoku. Nasuprot Fermijevoj odluci da napravi reaktor zasnovan na uglju, Nemci su odlučili da podignu reaktor zasnovan na teškoj vodi koji bi koristio prirodni uranijum, jer ga je bilo u izobilju za razliku od vrlo retkog uranijuma 235. Saveznici su 1943. godine bombardovali Berlin tepih-bombama, što je nateralo Hajzenberga da premesti svoju laboratoriju. Institut za fiziku kajzer Vilhelm evakuisan je u Hehingen, u brda južno od Štutgarta. Hajzenberg je morao da napravi reaktor u podrumu u blizini Hajgerloha. Radeći pod velikim pritiskom i zasipani bombama, Nemci nisu uspeli da izazovu lančanu reakciju. U međuvremenu, fizičari u Americi koji su radili na projektu Menhetn žurili su da obezbede dovoljno plutonijuma i uranijuma za četiri atomske bombe. Pravili su proračune sve do sudbonosne eksplozije u Alamogordou, u Novom Meksiku. Prva bomba, zasnovana na plutonijumu 239, eksplodirala je u julu 1945. Nakon odlučujuće pobede savezničkih snaga nad nacistima, mnogi fizičari su smatrali da protiv jedinog preostalog neprijatelja, Japana, nije potrebna atomska bomba. Neki su mislili da bi, demonstracije radi, trebalo baciti jednu atomsku bombu na neko nenaseljeno ostrvo i da bi tome trebalo da prisustvuju japanski oficiri - to bi ih upozorilo da je kapitulacija neizbežna. Drugi su čak sastavili pismo za predsednika Harija Trumana, 131

zdls & meteori

s molbom da ne baci bombu na Japan. Nažalost, pismo nikada nije poslato. Naučnik Džozef Rotblat napustio je projekat, izjavivši da je njegov posao gotov i da bomba nikada ne bi trebalo da bude bačena na Japan. (Rotblat će kasnije dobiti Nobelovu nagradu za mir.) Odluka je doneta i na Japan su u avgustu 1945. bačene dve atomske bombe, a ne jedna kako je isprva planirano. Ajnštajn je bio na odmoru na jezeru Saranak u saveznoj državi Njujork. Te nedelje Helen Dukas je čula vesti na radiju. Kasnije se prisećala da je u izveštaju rečeno kako je „na Japan bačena nova vrsta bombe. Odmah sam shvatila o čemu je reč jer sam, istina površno, znala o Zilardovom radu... A kad je profesor Ajnštajn sišao da popije čaj i ja mu saopštila vesti, samo je rekao: 'Oh, Weh' (O, Bože).“206 Godine 1946. Ajnštajn se pojavio na naslovnoj strani časopisa Tajm.207 Poput zlokobnog znamenja, iza njega je bila prikazana nuklearna pečurka. Svet je namah shvatio da bi se sledeći, Treći svetski rat, mogao voditi atomskim bombama. Ali pošto bi nuklearno oružje unazadilo civilizaciju za nekoliko hiljada godina, Ajnštajn je primetio da bi u Četvrtom svetskom ratu glavno oružje bilo kamenje. Te godine Ajnštajn je postao predsedavajući Komiteta atomskih fizičara za rešavanje hitnih pitanja, verovatno prve velike antinuklearne organizacije, što je iskoristio kao osnovu da se argumentima bori protiv neprekidne izrade nuklearnog oružja, te da zastupa jednu od svojih najdragocenijih ideja svetsku vladu. Usred oluje izazvane atomskim i hidrogenskim bombama, Ajnštajn je zadržao duševni mir i prisebnost tako što se tvrdoglavo držao fizike. Tokom četrdesetih godina, oblasti fizike koje su nastale Ajnštajnovom zaslugom, još uvek su bile u povoju, uključujući kosmologiju i objedinjenu teoriju polja. Bio je to njegov poslednji i konačan pokušaj da „čita misli Gospodnje“. ,,na Japan bačena nova vrsta bombe...“: Brian, str. 344. Godine 1946. Ajnštajn se pojavio na naslovnoj strani...: Godine 1948, pomagao je pri izradi nacrta za „poruku intelektualcima“, u kojoj je navedeno: „Čovek nije uspeo da razvije političke i ekonomske oblike organizovanja koji bi garantovali miran suživot svih naroda u svetu. Mi naučnici, čija je tragična sudbina što smo pomogli da metode uništenja budu još strašnije i efektnije, moramo znati da je naša neprikosnovena dužnost da učinimo sve kako bismo sprečili da se to oružje koristi u brutalne svrhe radi kojih je nastalo. Ima li išta što bi za nas bilo važnije? Koji društveni cilj bi nam bio više na srcu?“ (Sugimoto, str. 153). Svoj stav o svetskoj vladi pojasnio je sledećim rečima: „Jedini spas za civilizaciju ... leži u obrazovanju svetske vlade, koja narodima garantuje bezbednost utemeljenu na zakonu. ...Dokle god suverene države budu imale sopstveno naoružanje i vojne tajne, ne mogu se izbeći novi svetski ratovi“ (Folsing, str. 721). 206 207

132

zdls & meteori

Nakon rata, Šredinger i Ajnštajn su nastavili živu prekookeansku prepisku. Gotovo sami, ova dva utemeljivača kvantne teorije opirali su se plimi kvantne mehanike i usredsređivali se na razvoj objedinjene teorije. Godine 1946, Šredinger se poverio Ajnštajnu: ,,Na velikom ste tragu. Krenuli ste u lov na lavove, dok se Ja ovde bakćem sa zečevima.“208 Uz Ajnštajnovu podršku, Šredinger je nastavio užurbanu potragu za naročitom vrstom objedinjene teorije polja, zvane „afina teorija polja“. Ubrzo je dovršio svoju teoriju, a to ga je uverilo da je najzad uspeo tamo gde Ajnštajn nije, u ujedinjenju svetlosti i gravitacije. Divio se svojoj teoriji kao „čudu“, „potpuno neočekivanom Božjem daru“. Šredinger je živeo u Irskoj a njegov rad se svodio na upravljanje koledžom i učaurivanje u nekadašnju naučničku slavu. Osećao je da je van glavnih tokova fizike. Sada je bio ubeđen da bi mu ova teorija mogla doneti drugu Nobelovu nagradu. U žurbi je sazvao veliku konferenciju za štampu. Na njegovoj prezentaciji pojavio se irski premijer Imon de Valera i mnogi drugi. Na pitanje novinara koliko je ubeđen u ispravnost svoje teorije, odgovorio je: „Verujem da sam u pravu. Ispašću velika budala ako grešim.“209 Ajnštajnu je odmah bilo jasno da je Šredinger razvio teoriju koju je on sam odbacio godinama ranije. Fizičar Friman Dajson zapazio je da je trag koji vodi do objedinjene teorije polja prekriven leševima neuspelih pokušaja. Nepokoleban, Ajnštajn je nastavio da radi na objedinjenoj teoriji polja, uglavnom po strani od zajednice fizičara. Kako nije imao vodeći fizički princip, nastojao je da pronađe lepotu i eleganciju u svojim jednačinama. Matematičar Godfri Hardi rekao je jednom prilikom: „Poput obrazaca slikara ili pesnika, i matematički obrasci moraju biti divni. Ideje se, kao boje ili reči, moraju uklopiti u harmoničnom skladu. Prva proba je lepota. Za ružnu matematiku nema trajnog boravišta.“210 Bez ekvivalentnog principa za objedinjenu teoriju polja, Ajnštajn je ostao bez zvezde vodilje. Tugovao je što drugi fizičari ne vide svet njegovim očima, ali to mu nije remetilo san. Pisao je: „Postao sam usamljeni starac. Neka vrsta ostarelog vođe. Pre svega, znaju me po tome što ne nosim čarape i prikazuju me kao čudaka na raznim skupovima. Ali u onome 208

,,Na velikom ste tragu...“: Brian, str. 350. „Verujem da sam u pravu...“: Ibid., str. 359. 210 „Poput obrazaca slikara ili pesnika, i matematički obrasci...“: Weinberg, str. 153. 209

133

zdls & meteori

što radim moja je fanatičnost veća no ikada i zaista se nadam da ću rešiti svoje stare probleme u vezi sa objedinjenjem fizičkog polja. Ipak, osećam se kao da sam u avionu u kome se može leteti kroz oblake ali nema vidljivog načina da se čovek vrati u stvarnost, tj. na zemlju.“211 Ajnštajn je znao da ga rad na objedinjenoj teoriji polja umesto na kvantnoj teoriji udaljava od glavnih tokova istraživanja na Institutu. „Mora da izgledam kao noj koji je zanavek zabio glavu u relativistički pesak da se ne bi suočio sa zlim kvantima“,212 žalio se. Tokom godina drugi fizičari su se došaptavali da je Ajnštajn s druge strane brda i ispred svog vremena, ali njega to nije brinulo. „Uglavnom na mene gledaju kao na strašnu osobu koja je s godinama oslepela i ogluvela. Nije mi mrska ta uloga, jer je prilično u skladu s mojom ćudi“,213 pisao je Ajnštajn. Na Ajnštajnov sedamdeseti rođendan, 1949. godine, na Institutu je upriličena posebna proslava njemu u čast. Mnogi naučnici su došli da pozdrave velikog fizičara toga doba i da svojim člancima doprinesu pisanju knjige o Ajnštajnu. Međutim, po tonu nekih govornika i napisa u novinama, postalo je očigledno da pojedini naučnici nisu smatrali kako Ajnštajn ima šta da doda uobličavanju kvantne teorije. To je jedilo Ajnštajnove sledbenike, ali on se nije ljutio. Tomas Baki, njegov prijatelj, istakao je da je „Openhajmer ismejao Ajnštajna u jednom časopisu rekavši da je mator i da na njega niko više ne obraća pažnju. Bili smo užasno besni zbog toga. Ajnštajn se nimalo nije naljutio, jednostavno nije poverovao. Kasnije je Openhajmer poricao da je tako nešto izrekao.“214 Ajnštajnu je bilo svojstveno da s takvom mirnoćom prima kritike. Kad je objavljena knjiga o njemu, duhovito je primetio: „Ova knjiga za mene nije podsećanje na to koliko trajem, već opomena da se povučem.“215 Bio je dovoljno iskusan naučnik da zna kako je teško doći do novih ideja, te da mu ideje sada nisu nadolazile toliko obilno kao u mladosti. Zato će zapisati: „Čovek sve izmisli dok je mlad. Kasnije postane iskusniji, slavniji i gluplji.“216 „Postao sam usamljeni starac...“: Brian, str. 331. „Mora da izgledam kao noj...“: Pais, Subtle Is the Lord, str. 465. 213 „Uglavnom na mene gledaju kao na strašnu osobu...“: Ibid., str. 162. 214 „Openhajmer ismejao...“: Brian, str. 377. 215 „Ova knjiga za mene nije podsećanje...“: Cropper, str. 223. 216 „Čovek sve izmisli dok je mlad...“: Ibid. 211 212

134

zdls & meteori

Ipak, napred su ga vukli dokazi koje je svuda zapažao a koji su potvrđivali da je objedinjenost jedan od velikih temelja univerzuma. Zabeležio je i ovo: „Priroda nam pokazuje samo lavlji rep. Ja ipak ne sumnjam da rep pripada lavu čak iako je lav tako golem da se ne može videti ceo.“217 Svakog Jutra, postavio bi sebi jednostavno pitanje: kad bi on bio Bog, kako bi stvorio kosmos? S obzirom na to šta je sve potrebno da bi kosmos nastao, pitanje bi preinačio u sledeće: je li Bog imao ikakvog izbora? Pogleda uprtog u kosmos, sve što je video kazivalo mu je da je objedinjenost najveća od svih tema u prirodi, da Bog nije mogao stvoriti univerzum u kojem bi gravitacija, elektricitet i magnetizam funkcionisali kao nezavisni entiteti. Ajnštajn je znao da mu nedostaje vodeći princip, fizička slika koja bi osvetlila put ka objedinjenoj teoriji polja. Ali principa nije bilo. Iza teorije relativnosti stoji slika šesnaestogodišnjeg mladića koji trči za svetlosnim zrakom. Opštu teoriju relativnosti prati slika čoveka zavaljenog u stolici, na ivici da padne, ili slika klikera koji se kotrljaju po zakrivljenoj površini. Uz objedinjenu teoriju polja nema takvog vodećeg prizora. Čuvena je Ajnštajnova izjava: „Gospod je blag i nije zlonameran.“218 Nakon što se decenijama borio s pitanjem objedinjavanja, priznao je svom asistentu Valentinu Bergmanu: „Sad mi se čini da je Bog ipak zlonameran.“219 Premda se smatralo da je potraga za objedinjenom teorijom polja bilo najteže pitanje u fizici, to je ujedno za fizičare bilo i najelitnije i najprivlačnije područje. Čak se jedan od Ajnštajnovih najvatrenijih kritičara objedinjene teorije polja i sam zarazio ovim problemom. Krajem pedesetih godina prošlog veka, i Hajzneberg i Pauli značajno su se zainteresovali za jednu verziju objedinjene teorije polja za koju su tvrdili da može rešiti probleme koji su Ajnštajna sputavali trideset godina. Evo šta je zabeležio Pais: ,,Od 1954. godine sve do svoje smrti [umro je 1976], Hajzenberg je nastojao da celokupnu fiziku čestica izvede iz osnovne jednačine nelinearnih talasa.“220 Godine 1958, Pauli je posetio Univerzitet Kolumbija i predstavio Hajzenberg-Paulijevu verziju objedinjene teorije polja. Suvišno je reći da su slušaoci bili skeptični. Nils Bor je ustao i „Priroda nam pokazuje samo...“: Calaprice, str. 232. „Gospod je blag...“ lbid., str. 241. 219 „Sad mi se čini...“: Ibid. 220 ,,Od 1954. godine sve do svoje smrti...“: Pais, Inward Bound, str. 585. 217 218

135

zdls & meteori

rekao: ,,Mi ovde pozadi mislimo da je vaša teorija uvrnuta. Jedino ne možemo da se složimo u kojoj meri.“221 Fizičar Džeremi Bernstajn, koji je takođe slušao predavanje, zapazio je: „Bio je to nimalo prijatan susret dva diva moderne fizike. Sve vreme sam se pitao šta bi o tome pomislio neko ko se nimalo ne razume u fiziku.“222 Na kraju je Pauli odustao od ove teorije, jer je verovao da ima mnogo nedostataka. Hajzenberg je insistirao na tome da i dalje zastupaju tu teoriju. Pauli je poslao svom saradniku prazan list papira i napomenuo - ako je njihova verzija objedinjene teorije polja valjana, onda je i priloženi list papira Ticijanovo delo. Mada je Ajnštajn u razvijanju objedinjene teorije polja napredovao sporo i mučno, okupirala su ga i druga interesovanja. Jedno od najzanimljivijih bio je vremeplov. Njutn je vreme posmatrao kao strelu. Kad se odapne, strela leti po pravoj liniji i nikad ne skreće sa svoje putanje. Jedna sekunda na zemlji isto je što i sekunda u svemiru. Vreme je apsolut i ravnomerno otkucava u celom univerzumu. Događaji se mogu odigrati istovremeno u čitavom univerzumu. Međutim, Ajnštajn je uveo koncept relativnog vremena po kojem sekunda na Zemlji nije isto što i sekunda na Mesecu. Matematičar Kurt Gedel postavio je sledeće pitanje: ima li vremenska reka vrtloge koji joj mogu vratiti tok? Ili, može li se račvati u dve reke i tako stvoriti paralelne univerzume? Ajnštajn je bio primoran da se suoči sa ovim pitanjem 1949. godine kada mu je Gedel, njegov sused na Institutu, a po nekima najveći matematički um dvadesetog veka, pokazao da njegove (Ajnštajnove) jednačine dozvoljavaju putovanje kroz vreme. Gedel je otpočeo s rotirajućim kosmosom ispunjenim gasom. Kada bi čovek obišao u svemirskom brodu ceo kosmos, vratio bi se na zemlju pre nego što je s nje pošao! Drugim rečima, u Gedelovom univerzumu putovanje kroz vreme bilo bi uobičajeno, a vraćanje kroz vreme u putovanju kosmosom - normalna pojava. To je uzdrmalo Ajnštajna. Do tada je pri svakom nastojanju da se otkriju rešenja Ajnštajnovih jednačina, izgledalo kao da ta rešenja odgovaraju podacima. Merkurov perihel, crveni pomak, skretanje zvezdane svetlosti, gravitacija zvezda i tako dalje, sve se to dobro uklapa 221 222

Mi ovde pozadi...“: Kaku, Bevond Einstein, str. 11. „Bio je to nimalo prijatan susret dva diva...“: Cropper, str. 252.

136

zdls & meteori

s podacima dobijenim u eksperimentima. Sada se pomoću njegovih jednačina stizalo do rešenja koja su predstavljala izazov za sva verovanja tog vremena. Da je bilo moguće putovati kroz vreme, istorijski događaji nikad ne bi mogli biti zabeleženi. Poput peska na vetru, prošlost bi menjala tok kad god bi neko ušao u vremeplov. Još gore, čovek bi izazivanjem vremenskog paradoksa mogao uništiti sam kosmos. Šta ako se vratite u prošlost i ubijete svoje roditelje pre nego što se rodite? To bi bilo nezgodno - ukoliko biste prvo ubili roditelje, kako biste se onda rodili? Vremeplovi narušavaju kauzalnost, taj ljubljeni princip fizike. Ajnštajn nije bio zadovoljan kvantnom teorijom upravo zato što je u njoj kauzalnost bila zamenjena verovatnoćom. A sada je Gedel potpuno odstranio kauzalnost! Nakon iscrpnog proučavanja, Ajnštajn je odbacio Gedelovo rešenje, uz napomenu da se nije podudaralo s podacima prikupljenim osmatranjem: pošto se kosmos širio a nije rotirao, putovanje kroz vreme, bar za sada, bilo bi nemoguće. Ova teorija je ipak ostavila jednu mogućnost: kad bi kosmos rotirao umesto da se širi, putovanje kroz vreme bilo bi normalno. Proći će još pedeset godina pre nego što koncept putovanja kroz vreme ponovo postane glavno polje istraživanja. Četrdesete godine prošlog veka bile su burne i u oblasti kosmologije. Džordža Gamova, koji je tokom rata bio Ajnštajnova veza sa američkom mornaricom, nije toliko zanimala izrada eksploziva koliko je voleo da se bavi pitanjima o najvećoj eksploziji - Velikom prasku. Gamov će postaviti nekoliko pitanja koja su kosmologiju okrenula naglavačke. On je teoriju Velikog praska doveo do njenog logičnog kraja. Ako je kosmos zaista nastao u žestokoj eksploziji, lukavo je zaključio Gamov, onda je moguće otkriti toplotu preostalu od prvobitne vatrene lopte. Trebalo bi da je iza Velikog praska ostao ,,eho nastanka“. Iskoristio je radove Bolcmana i Planka, koji su pokazali da bi boja i temperatura vrelog objekta trebalo da su usaglašene budući da se radi o dva različita oblika energije. Na primer, ako je objekat užarenocrvene boje, to znači da je njegova temperatura približno 3000 stepeni Celzijusa. Ukoliko je vrući objekat žut (poput našeg Sunca), njegova temperatura (na površini) iznosi otprilike 6000 stepeni Celzijusa. I naša tela su topla, pa možemo izračunati boju tela koja odgovara infracrvenim zracima. (Tako 137

zdls & meteori

funkcionišu vojničke naočari za noćno osmatranje, jer uočavaju infracrveno zračenje koje emituje toplota tela.) Polazeći od pretpostavke da je do Velikog praska došlo pre više milijardi godina, Robert Herman i Ralf Alfer, naučnici koji su radili u timu Džordža Gamova, izračunali su još 1948. godine da bi temperatura isijavanja nakon Velikog praska trebalo da iznosi pet stepeni iznad apsolutne nule, što je izuzetno blizu tačne vrednosti. Ovo zračenje odgovara mikrotalasnom zračenju. Stoga je „boja nastanka“ u stvari mikrotalasno zračenje. (Mikrotalasno zračenje, koje je najzad otkriveno decenijama kasnije i čija je temperatura 2,7 stepeni iznad apsolutne nule, unelo je revoluciju u kosmologiju.) Iako skrajnut u Prinston, Ajnštajn je doživeo da njegova opšta teorija relativnosti utaba nove staze u istraživanju kosmologije, crnih rupa, gravitacionih talasa, i u drugim oblastima. I pored toga, poslednje godine života bile su mu ispunjene tugom. Godine 1948, nakon dugog i tegobnog bdenja nad njihovim mentalno obolelim sinom, umrla je Mileva. Po svemu sudeći, dobila je moždani udar pri jednom Edvardovom napadu. (Kasnije je u njenom domu, u madracu, nađeno 85.000 franaka, verovatno poslednji novac koji joj je ostao od stanova u Cirihu. Novcem od stanova plaćana je Edvardova dugogodišnja nega.) Ajnštajnova sestra Maja umrla je 1951. godine. Sledeće godine je preminuo predsednik Izraela, Hajm Vajcman, koji je organizovao Ajnštajnov slavni obilazak Amerike tri decenije ranije. Posve neočekivano, izraelski premijer David Ben-Gurion ponudio je Ajnštajnu da bude novi predsednik te zemlje. Mada počastvovan, Ajnštajn je odbio ponudu. Godine 1955, Ajnštajn je primio vest o smrti Mikelea Besoa koji mu je pomogao da dotera svoje ideje o specijalnoj relativnosti. Ajnštajn je dirljivo napisao Besoovom sinu: „Mikeleu sam se najviše divio jer je uspeo da tolike godine proživi s jednom ženom, ne samo u miru već i u nenarušenom skladu, u čemu sam ja dvaput omanuo... I tako me je, napuštajući ovaj čudan svet, ponovo zamalo pretekao. Ali ne mari, jer za nas koji verujemo u fiziku, ovo razdvajanje prošlosti, sadašnjosti i budućnosti, ma koliko opipljivo, samo je opsena.“223

223

„Mikeleu sam se najviše divio jer je...“: Overbye, str. 377.

138

zdls & meteori

Narušenog zdravlja, iste godine zapisaće i ovo: „Neukusno je veštački produžavati život. Ja sam svoje odužio; vreme je da odem. Uradiću to sa stilom.“224 Ajnštajn je umro 18. aprila 1955. od pucanja aneurizme. Nakon njegove smrti, crtač Herblok objavio je u Vašington Postu crtež Zemlje koja se vidi iz kosmosa s velikim natpisom: „Ovde je živeo Albert Ajnštajn.“ Istog dana u novinama širom sveta pojavila se fotografija Ajnštajnovog radnog stola. Na fotografiji se vidi rukopis njegove najveće nedovršene teorije - objedinjene teorije polja.

224

„Neukusno je veštački produžavati život...“: Calaprice, str. 63.

139

zdls & meteori

P O G L A V LJ E 9

Ajnštajnova proročanska zaostavština

Većina biografa listom zanemaruje poslednjih trideset godina Ajnštajnovog života, smatrajući ih gotovo uvredljivo nedostojnim genija, mrljom u njegovoj blistavoj biografiji. Ipak, razvoj nauke u poslednjih nekoliko decenija omogućio je posve nov pogled na Ajnštajnovu zaostavštinu. Budući da je njegov rad bio tako suštinski važan, te da je menjao same osnove ljudskog saznanja, Ajnštajnov uticaj i dalje je prisutan u fizici. Seme koje je Ajnštajn posejao procvetalo je u 21. veku, pre svega zato što su instrumenti kojima se sada služimo - kosmički teleskopi, svemirske orbite osetljive na X zrake i laseri - dovoljno moćni i osetljivi da potvrde njegova brojna predviđanja od pre više decenija. Mrvice koje su se rasule sa Ajnštajnovog tanjira, sada drugim naučnicima donose Nobelove nagrade. Štaviše, uz razvoj teorije superstruna, Ajnštajnov koncept objedinjenja svih sila, koji je nekada bio meta ruganja i omalovažavanja, danas zauzima središnje mesto u teorijskoj fizici. U ovom poglavlju razmatraju se novi razvoji u tri oblasti u kojima Ajnštajnova trajna zaostavština ne prestaje da dominira svetom fizike: u kvantnoj teoriji, opštoj teoriji relativnosti i kosmologiji, i objedinjenoj teoriji polja. Kad je 1924. godine Ajnštajn prvi put pisao o Boze-Ajnštajnovoj kondenzaciji, uopšte nije verovao da će njegov zanimljiv fenomen uskoro biti otkriven. Trebalo je ohladiti materijale gotovo do apsolutne nule pre no što sva kvantna stanja kolapsiraju u ogroman superatom. Godine 1995, to je pošlo za rukom Eriku Kornelu s Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju, i Karlu Vajmanu sa Univerziteta Kolorado. Oni su proizveli čist Boze-Ajnštajnov kondenzat od 2000 atoma rubidijuma, na dvadesetmilijarditom delu stepena iznad 140

zdls & meteori

apsolutne nule. Uz to je Volfgang Keterle, sa Instituta MIT, nezavisno od njih proizveo Boze-Ajnštajnove kondenzate s dovoljno atoma natrijuma da bi na njima mogao izvesti važne opite. U njih je spadalo izvođenje dokaza da ovi atomi pokazuju obrasce interferencije usaglašene sa atomima što su međusobno koordinisani. Drugim rečima, ponašali su se kao superatom o kojem je Ajnštajn govorio još pre više od 70 godina. Nakon prvog objavljivanja, otkrića u ovoj oblasti nizala su se jedno za drugim. Godine 1997, Keterle i njegove kolege sa MIT-a napravile su, pomoću Boze-Ajnštajnovih kondenzata, prvi svetski „atomski laser“. Čudesno svojstvo laserskog svetla potiče od činjenice da fotoni marširaju jedinstveno i neodvojivo jedni od drugih, dok je obična svetlost haotična i nekoherentna. Pošto materija ima i osobine talasa, fizičari su pretpostavljali da se i zraci atoma takođe mogu „talasati“ kao laserski zraci; budući da nije bilo moguće napraviti Boze-Ajnštajnove kondenzate, sprečeno je razvijanje te pretpostavke. Ovi fizičari su uspeli tako što su hladili grupu atoma sve dok se nije kondenzovala. Potom su kondenzat gađali laserskim zrakom, što je atome pretvorilo u sinhronizovan talas. Kornel, Vajman i Keterle dobili su 2001. godine Nobelovu nagradu za fiziku. Odbor za dodelu Nobelove nagrade istaknuo je u obrazloženju njihova „dostignuća u primeni Boze-Ajnštajnove kondenzacije na vodene gasove alkalnih atoma i prva temeljna proučavanja svojstava kondenzata“. I dalje se otkrivaju praktične primene Boze-Ajnštajnovih kondenzata. Kad se ovi zraci atomskih lasera u budućnosti budu primenili u nanotehnologiji, mogli bi se pokazati vrlo dragocenim. Oni će možda omogućiti manipulacije s pojedinačnim atomima i pravljenje slojeva atomskih filmova za poluprovodnike u računarima budućnosti. Pored atomskih lasera, pojedini fizičari razmatraju mogućnost da bi i kvantni računari (koji će računati na nivou pojedinačnih atoma) mogli biti zasnovani na Boze-Ajnštajnovim kondenzatima. Oni bi na kraju zamenili računare sa silicijumskim čipovima. Drugi su, pak, smatrali da tamna materija može delom biti sačinjena od Boze-Ajnštajnovih kondenzata. Ukoliko je tako, onda bi to značilo da ovo čudno stanje materije zauzima najveći deo kosmosa. Ajnštajnov doprinos takođe je naterao kvantne fizičare da iznova promisle o svojoj privrženosti prvobitnom kopenhaškom tumačenju ove 141

zdls & meteori

teorije. Tridesetih i četrdesetih godina prošlog veka, kada su se kvantni fizičari podrugivali Ajnštajnu iza leđa, bilo je lako ne obraćati pažnju na diva fizike, budući da su u to vreme otkrića iz kvantne fizike bila svakodnevna. Ko je još mogao da razmišlja o osnovama kvantne fizike kad su se fizičari gurali da poberu Nobelove nagrade kao da su jabuke na drvetu? Sada se moglo izvesti na stotine proračuna o osobinama metala, poluprovodnika, tečnosti, kristala i drugog materijala, a iz svakog je mogla nastati posebna oblast. Nije bilo vremena za gubljenje. Usled toga, fizičari su se tokom decenija jednostavno navikli na kopenhašku školu, a dublja filozofska pitanja na koja nisu imali odgovor, gurali su pod tepih. Rasprave između Bora i Ajnštajna bile su zaboravljene. Iako su sada razjašnjena mnoga „laka“ pitanja o materiji, znatno složenija pitanja koja je još Ajnštajn postavio i dalje su bez odgovora. Na brojnim međunarodnim konferencijama po svetu, fizičari i danas proučavaju onaj misaoni eksperiment s mačkom o kojem je bilo reči u poglavlju 7. Pošto sada eksperimentalni fizičari mogu da manipulišu pojedinačnim atomima, eksperiment s mačkom nije više puko akademsko pitanje. Konačna sudbina računarske tehnologije, na kojoj počiva ogroman deo svetskog bogatstva, možda će zavisiti od rešenja ovog problema jer bi računari budućnosti mogli da koriste tranzistore napravljenje od pojedinačnih atoma. Premda nije bilo eksperimentalnih odstupanja od Borovog prvobitnog tumačenja, njegova kopenhaška škola danas je najmanje privlačna. Kopenhaška škola pretpostavlja da postoji ,,zid“ koji razdvaja zdrav razum, makroskopski svet drveća, planina i ljudi koje vidimo oko sebe, od tajanstvenog, neintuitivnog mikroskopskog sveta kvantuma i talasa. U mikroskopskoj sredini, subatomske čestice obitavaju u nižem sloju između postojanja i nepostojanja. Mi živimo s druge strane zida na kome su sve funkcije talasa doživele kolaps, pa nam se čini da je makroskopski kosmos konačan i dobro uređen. Dakle, postoji zid koji razdvaja posmatrača od posmatranog. Pojedini fizičari, u koje spada i nobelovac Eugen Vigner, otišli su još dalje. Vigner naglašava da je svest ključni element posmatranja. Svestan posmatrač može da opazi i utvrdi stvarno postojanje mačke. Ali, ko posmatra posmatrača? Posmatrač mora isto tako imati svog posmatrača (nazvanog „Vignerov prijatelj“), koji će utvrditi da je posmatrač živ. Ovo 142

zdls & meteori

navodi na beskonačan lanac posmatrača, od kojih svaki posmatra drugog i svaki utvrđuje da je prethodni živ. Po Vigneru, to je značilo da možda postoji kosmička svest koja određuje prirodu samog kosmosa! Prema njemu: „Samo proučavanje spoljašnjeg sveta vodi do zaključka da je sadržaj svesti konačna stvarnost.“225 Stoga su neki tvrdili da takav zaključak dokazuje postojanje Boga - nekakve kosmičke svesti - ili da je sam kosmos na neki način svestan. Kao što je Plank jednom rekao: „Nauka ne može da reši krajnju misteriju Prirode. Zato što smo u poslednjim analizama i mi sami deo misterije koju treba da rešimo.“226 Tokom decenija pojavljivala su se i druga tumačenja. Hju Everet je 1957. godine, kao svršeni student čiji je mentor bio fizičar Džon Viler, predložio možda najradikalnije rešenje misaonog eksperimenta s mačkom - teoriju o „mnogo svetova“, koja podrazumeva da svi mogući kosmosi postoje istovremeno. Implikacije ovakve ideje su prilično uznemiravajuće, jer se po njoj kosmos neprestano račva u svakom kvantnom trenu i razdvaja u beskonačan broj kvantnih kosmosa. Mada je isprva pokazivao entuzijazam za pristup svog studenta, i Viler je kasnije napustio ovu ideju tvrdeći da nosi suviše „metafizičkog bremena“. Prema Vileru, samo jedan događaj na kvantnom nivou razdvaja nas od sveta u kojem Čerčil nikad nije živeo i u kojem nije poveo engleski narod protiv ubilačkih snaga Adolfa Hitlera. Možda su u tom paralelnom svetu nacisti dobili Drugi svetski rat i porobili veći deo sveta. Ili, zamislite svet u kome je Sunčev vetar, izazvan kvantnim događajima, pre 65 miliona godina skrenuo meteor ili kometu s njene putanje tako da nikad nije ni udarila meksičko poluostrvo Jukatan i nije zbrisala dinosauruse. U paralelnom svetu ljudska bića se nikad nisu pojavila, a Menhetn - gde ja sad živim - nastanjuju razjareni dinosaurusi. Od razmišljanja o svim mogućim svetovima može nam se zavrteti u glavi. Nakon decenija Jalovih rasprava o raznim tumačenjima kvantne teorije, godine 1965. Džon Bel, fizičar u nuklearnoj laboratoriji pri CERN-u u Ženevi, analizirao je eksperiment koji bi konačno potvrdio ili opovrgao Ajnštajnovu kritiku kvantne teorije.227 Poštovao je duboka „Samo proučavanje spoljašnjeg sveta...“: Crease and Mann, str. 67. „Nauka ne može da reši krajnju misteriju...“: Barrow, str. 378. 227 Bel se zalagao za ponovno izvođenje starog ERP eksperimenta. Teoretski, mogu se izmeriti uglovi ose polarizacije dva elektrona u paru. Detaljnom analizom odnosa različitih uglova polarizacije između dva para elektrona, Bel je uspeo da uspostavi nejednakost tih uglova (nazvana je „Belova nejednakost“). Ako je kvantna mehanika tačna, onda bi bio zadovoljen jedan skup odnosa. Ako kvantna mehanika nije tačna, 225 226

143

zdls & meteori

filozofska pitanja koja je Ajnštajn postavio godinama pre toga, pa je predložio teoremu koja bi najzad rešila to pitanje. (Belova teorema se zasniva na ponovnom izvođenju varijacije starog EPR eksperimenta te analiziranju odnosa između dve čestice koje se kreću suprotnim smerovima.) Prvi uverljiv eksperiment izveo je 1983. godine Alen Aspe s pariskog univerziteta, a rezultati su potvrdili tačku gledišta kvantne mehanike. Ajnštajn nije bio u pravu što je kritikovao kvantnu teoriju. Ako se danas može odbaciti Ajnštajnova kritika kvantne teorije, kojoj se školi kvantne mehanike iz mnoštva postojećih valja prikloniti? Danas mnogi fizičari veruju da je učenje kopenhaške škole nepotpuno. U današnjem svetu, kad možemo da manipulišemo pojedinačnim atomima, ne odgovara ni Borov zid koji razdvaja mikroskopski svet od makroskopskog. „Skenirajući tunelski mikroskopi“ mogu da pomere pojedinačne atome i već se koriste da stvore abakus sastavljen od atoma. Pored toga, u osnovi cele nove oblasti tehnologije, nazvane „nanotehnologija“ leži manipulacija atomima. Eksperimenti poput onog sa Šredingerovom mačkom mogu se sada obavljati na pojedinačnim atomima. U misaonom eksperimentu s mačkom, još uvek nema rešenja koje bi zadovoljilo sve fizičare. Gotovo osamdeset godina nakon što su se Bor i Ajnštajn sukobili na znamenitoj Solvejevoj konferenciji, pojedini vodeći naučnici, među njima i dobitnici Nobelove nagrade, priklonili su se ideji „dekoherencije“ kako bi rešili eksperiment s mačkom. Prva premisa u dekoherenciji tiče se talasne funkcije mačke koja je složena jer mačku sačinjava približno 1025 atoma, što je zaista astronomski broj. Zato je interferencija talasa žive mačke i talasa mrtve mačke krajnje nategnuta. To znači da bi dve talasne funkcije mogle istovremeno da egzistiraju u istom prostoru, ali bez ikakvog međusobnog uticaja. Dve talasne funkcije su dekoherentne i više ne osećaju međusobno prisustvo. Po jednoj verziji dekoherencije, talasne funkcije nikad ne kolapsiraju kao što je tvrdio Bor. One se samo razdvajaju i nikad više ne deluju jedna na drugu. Dobitnik Nobelove nagrade Stiven Vajnberg, poredi ovu teoriju sa slušanjem radija. Okretanjem dugmeta na radiju, pronalazimo mnoge bio bi zadovoljen drugi skup odnosa. Kad god je dosad izvođen ovaj eksperiment, pokazalo se da je kvantna mehanika tačna.

144

zdls & meteori

radio-stanice. Svaka frekvencija postaje dekoherentna u odnosu na druge, pa između stanica nema mešanja (interferencije). Prostorija se istovremeno puni signalima svih radio-stanica i svaka od njih je svet za sebe, jer nema nikakvog uzajamnog delovanja. Radio-prijemnik se može podesiti da u datom trenutku prima signal samo jedne stanice. Dekoherencija zvuči privlačno, pošto podrazumeva da se pri rešavanju problema s mačkom može primeniti obična talasna teorija i izbeći kolaps talasne funkcije. U ovakvoj predstavi, talasi nikada ne kolapsiraju. Međutim, logika vodi do uznemirujućih zaključaka. Dekoherencija, u završnoj analizi, upućuje na interpretaciju preko „mnoštva svetova“. Ali umesto radio-stanica koje ne ometaju emitovanje jedne drugima, sada imamo čitave svetove bez međusobnih interakcija. Čudno zvuči, ali to znači da, dok u svojoj sobi čitate ovu knjigu, postoji talasna funkcija paralelnih svetova s nacistima kao pobednicima u Drugom svetskom ratu, s ljudima koji govore čudnim jezicima, dinosaurusima što se bore u vašoj sobi, vanzemaljcima u šetnji po gradskim parkovima ili ima svetova u kojima Zemlja nikada nije ni postojala. Naš „radio“ podešen je samo na poznati svet u kome živimo, ali u ovoj sobi postoje i druge „radio-stanice“ čudnovatih svetova što postoje paralelno s našim. Ne možemo da komuniciramo s dinosaurusima, čudovištima i vanzemaljcima koji šetaju po našoj dnevnoj sobi jer živimo na drugoj „frekvenciji“ koja nije u koherenciji s njihovom. Kako je nobelovac Ričard Fejnmen kazao: „Sasvim opravdano mogu reći da niko ne razume kvantnu mehaniku.“228 Dok je Ajnštajnova kritika kvantne teorije pomogla da se ona iskristališe, ali ne i da se iznađu sasvim zadovoljavajuća objašnjenja njenih kvantnih paradoksa, Ajnštajnove ideje su zasijale punim sjajem na drugom mestu - najspektakularnije u opštoj relativnosti. U eri atomskih satova, lasera i superračunara, naučnici mogu da sprovode vrlo precizna ispitivanja opšte relativnosti o kojima je Ajnštajn mogao samo da sanja. Godine 1959. Robert Paund i Glen Rebka s Harvarda, najzad su laboratorijski potvrdili Ajnštajnova predviđanja gravitacionog crvenog pomaka - odnosno, da satovi ne otkucavaju istom brzinom u gravitacionom polju. Pomoću vrlo osetljivog uređaja (koji je radio na principu Mosbaurevog efekta) postavljenog na krov Limanove 228

„Sasvim opravdano mogu reći...“: Barrow, str. 144.

145

zdls & meteori

laboratorije u Harvardu, merili su jačinu zračenja radioaktivnog kobalta smeštenog u podrumu, 24 metra niže. Merenja su pokazala da su fotoni izgubili energiju (odnosno smanjena im je frekvencija) tokom putovanja od podruma do krova. Godine 1977, astronom Džesi Grinstajn i njegove kolege analizirali su protok vremena u blizini desetak zvezda - belih patuljaka. Otkrili su ono što su očekivali - da vreme usporava u jakom gravitacionom polju. Eksperiment s pomračenjem Sunca ponovljen je još mnogo puta sa izuzetnom preciznošću. Godine 1970, astronomi su tačno utvrdili poziciju dva velika kvazara, 3C 279 i 3C 273. Svetlost sa ovih kvazara skretala je kao što je predviđala Ajnštajnova teorija. Atomski časovnici izazvali su pravu malu revoluciju u metodama preciznog merenja vremena. Godine 1971, atomski časovnici postavljeni su na avion koji je leteo sa Istoka na Zapad, potom i u obrnutom smeru. Pokazivanje tih časovnika upoređeno je sa atomskim časovnicima u Pomorskoj opservatoriji u Vašingtonu. Analizirajući atomske časovnike koji su putovali u avionu različitim brzinama (ali na istoj visini), naučnici su mogli da potvrde ispravnost specijalne teorije relativnosti. Nakon toga, analiza rezultata leta aviona na različitim visinama, ali pri istoj brzini, omogućila im je da ispitaju valjanost opšte teorije relativnosti. U oba slučaja, rezultati su potvrdili Ajnštajnova predviđanja, uz prihvatljivu grešku. Svemirski sateliti omogućili su nove načine proveravanja opšte teorije relativnosti. Satelit Hiparkos, koji je lansirala Evropska svemirska agencija 1989. godine, četiri godine je računao skretanje svetlosti zvezda pod uticajem Sunca, obuhvatajući u toj analizi zvezde 1.500 puta slabijeg sjaja od zvezda iz sazvežđa Veliki medved. U dubinama kosmosa nema potrebe čekati na pomračenje i eksperimenti se mogu stalno izvoditi. Rezultati svih eksperimenata pokazali su da je skretanje svetlosti zvezda u skladu sa Ajnštajnovim predviđanjima. Tačnije, utvrđeno je da je svetlost veoma udaljenih zvezda skretala pod uticajem Sunca. U 21. veku planiraju se raznovrsni precizni eksperimenti koji će proveriti tačnost opšte teorije relativnosti, uključujući dalja istraživanja binarnih zvezda - parova zvezda koje kruže jedna oko druge - čak i ispitivanja odbijanja laserskih signala od Meseca. Verovatno će najzanimljiviji biti eksperimenti sa gravitacionim talasima. Ajnštajn je 146

zdls & meteori

1916. godine pretpostavio da postoje gravitacioni talasi, ali je bio očajan zato što je znao da neće doživeti eksperimentalnu potvrdu tog neuhvatljivog fenomena. Na početku 20. veka oprema za eksperimentisanje bila je previše primitivna. Ali 1993. godine, dva fizičara, Rasel Halsi i Džozef Tejlor, dobili su Nobelovu nagradu za posrednu potvrdu postojanja gravitacionih talasa ispitivanjem binarnih zvezda. Predmet njihovog istraživanja bio je pulsar 1913+16, binarna neutronska zvezda, udaljena od Zemlje oko 16.000 svetlosnih godina sistem od dve mrtve zvezde koje naprave pun krug jedna oko druge na svakih sedam sati i četrdeset pet minuta, oslobađajuću pri tome snažne plime gravitacionih talasa. Zamislite, na primer, da mešate puding dvema kašikama koje rotiraju jedna oko druge. Krećući se kroz puding, one ostavljaju iza sebe brazdu. Sada zamenite puding prostorvremenskim tkanjem, a kašike mrtvim zvezdama, i dobićete sliku dve zvezde koje jure jedna drugu u svemiru, emitujući talase gravitacije. Ti talasi nose energiju, tako da se dve zvezde vremenom gube i zajedno se smiruju u spiralnoj putanji. Analizom signala s takvih binarnih zvezda, moguće je precizno izračunati skupljanje njihovih orbita. Kao što se moglo očekivati na osnovu Ajnštajnove opšte teorije relativnosti, dve zvezde se približavaju za milimetar pri svakoj revoluciji. Za godinu dana, rastojanje između zvezda u orbiti prečnika 700.000 km smanjuje se oko 91 cm - tu brojku daju i Ajnštajnove jednačine. Dve zvezde će se, zbog gubitka gravitacionih talasa, spojiti za 240 miliona godina. Analizom rezultata ovog preciznog eksperimenta, moguće je proveriti i stepen tačnosti Ajnštajnove opšte teorije relativnosti. Brojke su tako precizne da se može zaključiti da je tačnost opšte teorije relativnosti 99,7% (što je odstupanje daleko manje od prihvatljive greške). U poslednje vreme sve više se govori o nizu dalekosežnih eksperimenata s ciljem da se direktno posmatraju gravitacioni talasi. Projekat LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) možda će uskoro, po prvi put, omogućiti opservaciju gravitacionih talasa - nastalih u sudaru dve crne rupe u udaljenom svemiru. LIGO je ostvarenje sna fizičara, prvi mehanizam dovoljno moćan da omogući merenje gravitacionih talasa. Obuhvata tri laserska postrojenja u Sjedinjenim Državama (dva u Hanfordu, u Vašingtonu i jedan u 147

zdls & meteori

Livingstonu, u Luizijani). Zapravo je deo međunarodnog sistema u koji spadaju francusko-italijanski detektor VIRGO u italijanskom gradu Pizi, japanski detektor TAMA u okolini Tokija i britansko-nemački detektor GEO600 u Hanoveru (Nemačka). LIGO će ukupno koštati 292 miliona dolara (uz dodatnih 80 miliona za dozvole i nadogradnje sistema), što ga čini najskupljim projektom koji je Nacionalna naučna fondacija ikada finansirala. Laserski detektori projekta LIGO veoma podsećaju na aparaturu pomoću koje su na početku prošlog veka Majkelson i Morli pokušavali da registruju eterski vetar, s tom razlikom što se umesto običnih svetlosnih zrakova koriste laserski zraci. Laserski zrak se deli na dva međusobno normalna zraka. Nakon što naiđu na ogledalo, dva zraka se spajaju. Ako bi gravitacioni talas pogodio interferometar, poremetila bi se dužina putanja laserskih zrakova, što bi se registrovalo kao interferencija dva zraka. Da bi se osiguralo da signal koji pogađa lasersku aparaturu nije nekakav šum, potrebno je postaviti laserske detektore širom planete. Samo ogroman gravitacioni talas, mnogo veći od Zemlje, mogao bi da aktivira sve detektore odjednom. Planirano je da NASA i Evropska svemirska agencija postave u svemiru veći broj ovih laserskih detektora. Godine 2010. NASA će lansirati tri satelita zvanih LISA (Laser Interferometry Space Antenna). Oni će kružiti oko Sunca na otprilike istoj udaljenosti kao Zemlja. Tri laserska detektora formiraće jednakostranični trougao u svemiru (stranice oko 4,8 miliona kilometara). Biće to tako osetljiv sistem da će moći da registruje vibracije reda veličine trilijarditog dela milimetra (što odgovara pomaku jednakom stotom delu prečnika atoma), i tako će omogućiti naučnicima da detektuju izvorni talas nastao pri Velikom prasku. Ako sve bude teklo po planu, sistem LISA pogledaće u bilioniti delić sekunde nakon Velikog praska, potvrđujući se kao možda najmoćnija kosmološka alatka za istraživanje nastanka svemira u istoriji. Ovo je od suštinske važnosti, jer se veruje da će nam LISA dati prve eksperimentalne precizne podatke o prirodi objedinjene teorije polja teorije svega. Još jedna važna alatka koju je Ajnštajn osmislio bila su gravitaciona sočiva. Godine 1936. dokazao je da se obližnje galaksije mogu ponašati kao džinovska sočiva koja fokusiraju svetlost sa udaljenih objekata. 148

zdls & meteori

Mnoge decenije morale su da prođu pre nego što su Ajnštajnova sočiva detektovana u kosmosu. Prvi pomak načinjen je 1979. godine, kada su astronomi otkrili kvazar Q0957+561 i ustanovili da on zakrivljuje prostor i ponaša se kao sočivo koje koncentriše svetlost. Godine 1988, prvi put je registrovan Ajnštajnov prsten sa radioizvora MG1131+0456 - otada je otkriveno još dvadeset prstenova, uglavnom u fragmentima. Prvi puni Ajnštajnovi prestenovi otkriveni su 1997. godine, pomoću orbitalne opservatorije Hubble Space Telescope i britanskog sistema radio-teleskopa MERLIN (Multi-Element Radio Linked Interferometer Network). Analiza udaljene galaksije 1938+666 otkrila je karakteristični prsten oko galaksije. ,,Na prvi pogled činio se neprirodan i mi smo pomislili da je nekakva mrlja na slici, ali onda smo shvatili da je pred nama savršen Ajnštajnov prsten!“229, rekao je dr Jan Braun sa Mančesterskog univerziteta. Britanski astronomi su bili oduševljeni; uzvikivali su: „Pun pogodak!“230 Prsten je malen, dimenzija tek jedne lučne sekunde ili metalnog novčića posmatranog sa udaljenosti od 3,5 kilometra. Ipak, potvrđuje Ajnštajnova predviđanja stara nekoliko decenija. Opšta teorija relativnosti imala je najeksplozivniji efekat na polju kosmologije. Dva fizičara, Robert Vilson i Arno Penzijas, 1965. godine su u Belovoj laboratoriji u Nju Džersiju pomoću Hornovog radio-teleskopa registrovali slabe mikrotalase iz udaljenog kosmosa. Ne znajući za pionirske radove Gamova i njegovih studenata, oni su slučajno detektovali kosmičko zračenje nastalo pri Velikom prasku. (Navodno su mislili da je u pitanju šum koji su stvarale ptice, dok su ispuštale izmet na njihov radio-teleskop. Kasnije je fizičar R. H. Dike sa Prinstona ispravno identifikovao to zračenje kao Gamovljevo pozadinsko zračenje.) Penzijas i Vilson su dobili Nobelovu nagradu za svoj pionirski rad. Otad, satelit COBE (Cosmic Background Explorer), lansiran 1989. godine, pruža nam najdetaljniju, neobično smirenu, sliku tog kosmičkog mikrotalasnog zračenja. Tim fizičara na čelu sa Džordžom Smutom sa Kalifornijskog univerziteta Berkli, pažljivo je, nakon detaljne analize blagih poremećaja u tom prilično smirenom pozadinskom zračenju, uspeo da napravi fotografiju zračenja iz vremena kada je kosmos bio star 229 230

„Na prvi pogled činio se neprirodan...“: Petters et al., str. 155; New York Times, March 31, 1998. „Pun pogodak!“: New York Times, Ibid.

149

zdls & meteori

nekih 400.000 godina. Mediji su tu sliku neopravdano nazivali „lice Boga“. (To nije fotografija „Božijeg lica“ već slika Velikog praska iz njegovog „detinjstva“.) Najzanimljivije na toj fotografiji jeste da poremećaji verovatno odgovaraju malenim kvantnim fluktuacijama u Velikom prasku. Prema principu neodređenosti, Veliki prasak nije mogao biti savršeno pravilna eksplozija, pošto su kvantni efekti morali izazvati poremećaje određenih razmera. Upravo to je otkrila Berklijska grupa. (Da nisu našli te fluktuacije, princip neodređenosti pretrpeo bi veliki udarac.) Poremećaji u zračenju nisu samo pokazali da je princip neodređenosti važio i tokom rađanja kosmosa, već su ukazali naučnicima na uverljiv mehanizam stvaranja našeg „gromuljičastog“ kosmosa. Materija u kosmosu nije raspoređena ravnomerno (na primer, zgusnuta je u galaksije) - kosmos je istkan grubo. Ta namreškanost može se lako objasniti poremećajima u Velikom prasku koji se šire zajedno sa kosmosom. Kada posmatramo grupe galaksija na nebu, možda gledamo u fluktuacije samog Velikog praska nastale usled principa neodređenosti. Od svih Ajnštajnovih ideja, možda je najspektakularnije vaskrsla „tamna energija“. Ranije smo pomenuli da je 1917. godine Ajnštajn uveo kosmološku konstantu (ili energiju vakuuma) da bi eliminisao širenje kosmosa u svojim jednačinama. (Govorili smo da je opšta kovarijansa obuhvatala samo dva objekta, Ričijev tenzor i zapreminu prostorvremena, te se kosmološka konstanta nije mogla tako lako zanemariti.) Kasnije, kada je Edvin Habl dokazao da se kosmos zaista širi, Ajnštajn ju je proglasio svojom najvećom zabludom. Međutim, merenja iz 2000. godine pokazala su da je Ajnštajn lako mogao biti u pravu: kosmološka konstanta ne samo da postoji, već tamna energija verovatno predstavlja najveći izvor materije/energije u čitavom kosmosu. Analizirajući supernove u udaljenim galaksijama, astronomi su uspeli da izračunaju brzinu širenja kosmosa tokom milijardi godina. Rezultati su bili iznenađujući: umesto sve sporije, kosmos se sve brže širi. Naš kosmos je kao begunac koji ne zastaje i verovatno neće prestati da se širi. Zato sada možemo da predvidimo kako će umreti. Neki kosmolozi su ranije verovali da u kosmosu ima dovoljno materije da se širenje zaustavi i pređe u skupljanje, što bi potvrdio plavi pomak iz udaljenih delova kosmosa. (Fizičar Stiven Hoking je čak 150

zdls & meteori

verovao da će skupljanje kosmosa izazvati obrtanje toka vremena i da će se istorija ponoviti - ali unazad. To bi značilo da će se ljudi vraćati u mladost i u majčinu matericu, iskakati iz bazena na dasku, a da će pržena jaja uskakati u ljusku. Ipak, Hoking je u međuvremenu priznao da je pogrešio.) Kosmos bi, u jednom trenutku, implodirao u sebe, stvarajući ogromnu toplotu pri tom „velikom sažimanju“. Neki su smatrali da bi nakon toga nastao novi Veliki prasak, tako da bismo imali kosmos koji osciluje. Rezultati eksperimenata pokazali su da su takva predviđanja neprihvatljiva jer su potvrdili da se kosmos ubrzano širi. Postojanje sveprisutne tamne energije koja se ponaša kao antigravitacija, razdvajajući galaksije, najjednostavnije bi objasnilo dobijene podatke. Što je kosmos veći, više je energije vakuuma koja razdvaja galaksije i nagoni ga da se sve brže širi. Sa ovim objašnjenjem poklapa se jedna verzija ideje o „inflatornom kosmosu“ koju je prvi izneo Alan Gut, fizičar sa Masačusetskog tehnološkog instituta. U pitanju je modifikacija izvorne teorije Fridmana i Lemetra o „Velikom prasku“. Ukratko, inflatorna predstava podrazumeva dve etape u širenju. Prva je nagla, eksponencijalna ekspanzija u kojoj u kosmosu preovlađuje ogromna kosmološka konstanta. U jednom trenutku, okončava se tako drastična ekspanzija i kosmos počinje da se širi u skladu s konvencionalnim FridmanLemetrovim modelom. Ako je to tačno, onda je vidljivi kosmos samo vrh ledenog brega - mnogo većeg prostorno-vremenskog kontinuuma koji predstavlja pravi svemir. Nedavno izvršeni eksperimenti s balonima u visokoj atmosferi takođe su dali uverljive dokaze „svemirske inflacije“, pokazavši da je kosmos naizgled ravan, što samo govori o tome koliko je zapravo ogroman. Mi smo poput mrava na ogromnom balonu koji misle da je njihov kosmos ravan zato što su tako mali. Tamna energija tera nas i da preispitamo našu pravu ulogu i položaj u kosmosu. Kopernik je pokazao da pozicija nas ljudi u Sunčevom sistemu ni po čemu nije posebna. Postojanje tamne energije govori da atomi koji čine naš svet nisu ništa specijalno, pošto 90% materije u kosmosu čini misteriozna tamna materija. Rezultati ispitivanja kosmološke konstante ukazuju na to da tamna energija dominira nad tamnom materijom, koja, s druge strane, prevladava energiju zvezda i 151

zdls & meteori

galaksija. Kosmološka konstanta koju je Ajnštajn jednom nevoljno uveo da bi kosmos učinio stabilnim, verovatno je najveći izvor energije u svemiru. (Godine 2003. satelit WMAP potvrdio je da obični atomi čine 4% svemirske energije i materije, 23% je nepoznata tamna materija, dok 73% potiče od tamne energije.) Opšta relativnost predvidela je još jednu čudnu stvar - crne rupe. Kada je Švarcšild 1916. godine oživeo koncept tamnih zvezda, crne rupe su smatrane naučnom fantastikom. Međutim, orbitalna opservatorija Hubble Space Telescope i sistem radio-teleskopa Very Large Array Radio Telescope, potvrdili su postojanje preko pedeset crnih rupa, uglavnom ugneždenih u središtima velikih galaksija. Mnogi astronomi sada veruju da se u srcu možda i polovine svih tih milijardi galaksija na nebu nalaze crne rupe. Ajnštajn je bio svestan problema u registrovanju tih egzotičnih stvorenja: crne rupe su po definiciji nevidljive, jer im svetlost ne može umaći, tako da ih je vrlo teško videti u prirodi. Hablov svemirski teleskop je zavirio u srca udaljenih kvazara i galaksija i napravio spektakularne fotografije rotirajućih diskova oko crnih rupa lociranih u središtima dalekih galaksija poput M-87 i NGC-4258. Astronomi su uspeli da izračunaju da se materija oko pojedinih crnih rupa okreće brzinom od oko 1,6 miliona kilometara na čas. Na najdetaljnijim fotografijama koje je načinio Hablov teleskop vidi se tačka u centru svih crnih rupa, prečnika od oko jedne svetlosne godine, što je dovoljno da potisne čitavu galaksiju 100.000 svetlosnih godina daleko. Nakon godina nagađanja, godine 2002. u našem ,,dvorištu“, u sâmoj galaksiji Mlečni put, otkrivena je crna rupa dva miliona puta teža od Sunca. I, tako, Mesec se okreće oko Zemlje, Zemlja se vrti oko Sunca, a Sunce oko crne rupe. Istraživanja Mičela i Laplasa iz osamnaestog veka, pokazuju da je masa tamne zvezde ili crne rupe proporcionalna njenom poluprečniku. To znači da je prečnik crne rupe u centru naše galaksije otprilike deset puta manji od Merkurove orbite. Zapanjujuće je da tako mali objekat može uticati na dinamiku čitave galaksije. Godine 2001. astronomi su pomoću Ajnštajnovih sočiva otkrili crnu rupu koja je lutala Mlečnim putem. Na svom putu remetila je putanju okolne zvezdane svetlosti. Prateći kretanje tog poremećaja svetlosnog zračenja, astronomi su uspeli 152

zdls & meteori

da proračunaju njenu putanju. (Crna rupa lutalica koja bi se približila Zemlji mogla bi da ima katastrofalni uticaj. Pojela bi čitav solarni sistem - ne bi se ni zagrcnula!) Godine 1963. istraživači crnih rupa dobila su dodatni impuls kada je novozelandski matematičar Roj Ker uopštio švarcšildovski model tako da obuhvata crne rupe koje se okreću oko svoje ose. Kako se, po svemu sudeći, sve u kosmosu obrće, a objekti to čine brže kada kolapsiraju, logično je bilo pretpostaviti da bi se svaka realna crna rupa obrtala fantastičnom brzinom. Na opšte iznenađenje, Ker je došao do preciznog rešenja Ajnštajnovih jednačina po kome zvezda kolapsira u rotirajući prsten. Gravitacija bi delovala u smeru kolapsa prstena, ali centrifugalna sila mogla bi da bude dovoljno jaka da joj se suprotstavi i rotacija bi bila stabilna. Relativističare je naročito zbunjivala činjenica da pri padu kroz prsten ne biste bili smrskani. Gravitacija u centru jeste jaka, ali ne i beskonačno velika, tako da biste prošli kroz prsten i izašli u drugi univerzum. Putovanje kroz Ajnštajn-Rozenov most ne bi moralo da bude smrtonosno. Ako bi prsten bio dovoljno veliki, mogli biste bezbedno doputovati u paralelni svemir. Fizičari su odmah počeli da razmatraju šta bi se desilo kada biste pali u Kerovu crnu rupu. Susret s takvom crnom rupom bilo bi nezaboravno iskustvo. U principu, mogla bi to biti prečica do zvezda koja bi vas trenutno transportovala u udaljeni deo galaksije, možda čak i u drugi svemir. Približavajući se Kerovoj crnoj rupi, prošli biste horizont događaja i nikada ne biste mogli da se vratite tamo odakle ste pošli (sem ako bi postojala druga Kerova crna rupa koja bi predstavljala prolaz iz paralelnog univerzuma u naš univerzum, što bi omogućavalo dvosmerno putovanje). Takođe, postojao je problem sa stabilnošću. Moguće je da biste, ulaskom u Ajnštajn-Rozenov prolaz, izazvali takvo izobličenje prostorvremena da bi se Kerova crna rupa zatvorila, onemogućavajući vam da izađete na drugu stranu. Ma kako čudne se činile Kerove crne rupe koje se ponašaju kao kapije ili portali između dva univerzuma, one su fizički moguće, jer se crne rupe oko svoje ose obrću zaista veoma brzo. Međutim, uskoro je postalo jasno da takve crne rupe ne samo da spajaju dve udaljene tačke kosmosa, već i dva trenutka, ponašajući se kao vremeplovi.

153

zdls & meteori

Kada je Gedel 1949. godine došao do prvog rešenja Ajnštajnovih jednačina koje je podrazumevalo putovanje kroz vreme, njegovo otkriće smatralo se neobičnim, izolovanim rezultatom. Otad su nađena brojna rešenja Ajnštajnovih jednačina koja su se ticala putovanja kroz vreme. Na primer, utvrđeno je da je jedno staro rešenje do kog je 1936. došao V. J. van Stokum omogućavalo putovanje kroz vreme. Van Stokumovo rešenje sastojalo se od bezbroj cilindara koji se velikom brzinom obrću oko svoje ose. Kada biste krenuli na putovanje oko rotirajućeg cilindra, mogli biste da se vratite u početnu tačku pre nego što biste krenuli slično kao u Gedelovom rešenju iz 1949. godine. Van Stokumovo rešenje jeste zanimljivo, ali problem je u tome što bi cilindar morao da bude beskonačno dug. Cilindar konačnih dimenzija ne bi omogućavao putovanje kroz vreme. U principu, i Gedelovo i Van Stokumovo rešenje mogu se odbaciti pomoću fizičkih dokaza. Kip Torn i njegove kolege s Kalifornijskog tehnološkog instituta, 1988. godine došli su do još jednog rešenja Ajnštajnovih jednačina koje dozvoljava putovanje u vremenu kroz crvotočine. Uspeli su da reše problem jednosmernog putovanja preko horizonta događaja, pokazujući da je nova vrsta crvotočine potpuno prohodna. Njihovi proračuni pokazali su da bi takvo putovanje kroz vreme bilo udobno kao let avionom. Ključni pokretač tih vremeplova jesu materija ili energija koji zakrivljuju zapreminu prostorvremena ka unutra. Da biste vreme savili u „perecu“, treba vam ogromna količina energije, daleko veća od bilo čega poznatog modernoj nauci. Tornovom vremeplovu potrebna je negativna materija ili negativna energija, što do sada nije viđeno. Tačnije, kada biste imali parče negativne materije u ruci, ona ne bi pala dole, već gore. Potraga za negativnom materijom za sada je bezuspešna. Ako ju je i bilo na Zemlji pre više milijardi godina, morala je „pasti“ u svemir, zauvek nestajući iz našeg sveta. Ali negativna energija, s druge strane, postoji u obliku Kazimirovog efekta. Uzmimo, na primer, dve nenaelektrisane, paralelne metalne ploče - one se niti privlače niti odbijaju. To znači da bi morale da ostanu u stanju mirovanja. Međutim, godine 1948, Henrik Kazimir je demonstrirao čudan kvantni efekat, pokazavši da se dve paralelne ploče zapravo privlače neznatnom silom koja je izmerena u laboratoriji. 154

zdls & meteori

Tornov vremeplov mogli biste napraviti na sledeći način: uzeli biste dva para paralelno postavljenih metalnih ploča. Usled Kazimirovog efekta, između svakog para ploča javiće se negativna energija. Prema Ajnštajnovoj teoriji, zbog postojanja negativne energije, u toj oblasti otvoriće se malene rupe ili mehurići u prostorvremenu (manji od subatomskih čestica). Pretpostavimo da civilizacija daleko naprednija od nas koja može upravljati tim rupama uzme po jednu iz svakog para ploča i istegne ih tako da duga cev ili crvotočina povezuje dva para ploča. (Povezivanje ta dva para paralelnih ploča pomoću crvotočine daleko je iznad mogućnosti današnje tehnologije.) Stavite jedan par ploča u raketu koja putuje brzinom bliskom svetlosnoj tako da vreme u njoj usporava. Prethodno smo zaključili da satovi u takvoj raketi rade sporije nego na Zemlji. Ako uskočite u prostor između paralelnih ploča na Zemlji, usisaće vas crvotočina koja spaja dve ploče i vi ćete se naći u raketi, u prošlosti - na drugom mestu, u drugo vreme... Od tada, putovanje kroz vreme postalo je živahna oblast fizike o kojoj se objavljuju gomile radova sa opisima različitih vremeplova, redom osmišljenih na temeljima Ajnštajnove teorije. Ipak, to nije zabava za sve fizičare. Na primer, Hokingu se nije svidela ideja o putovanju kroz vreme. Ako bi putovanje kroz vreme bilo moguće, rekao je, bili bismo preplavljeni turistima iz budućnosti. Da se vremeplovi koriste, bilo bi nemoguće napisati istoriju jer bi se menjala kad god neko pokrene motore svog vremeplova. Hoking je objavio da želi svet u kome će istoričari moći da rade svoj posao. Terens H. Vajt u svom serijalu knjiga The Once and Future King opisuje društvo mrava koji žive u skladu s pravilom ,,što nije zabranjeno, obavezno je“. I fizičari slede tu filozofiju, tako da je Hoking morao da formuliše hipotezu o „zaštiti hronologije“ koja zabranjuje vremeplove. (U međuvremenu, Hoking je odustao od dokazivanja takve hipoteze. Sada je njegov stav da su vremeplovi teoretski mogući, ali nisu praktični.) Koliko nam je za sada poznato, ovi vremeplovi poštuju zakone fizike. Naravno, treba doći do tako velikih energija (dostupnih samo „dovoljno naprednim civilizacijama“) i pokazati da su crvotočine dovoljno stabilne pod kvantnim uticajima i da neće eksplodirati ili se zatvoriti čim uđete u njih.

155

zdls & meteori

Valja pomenuti da vremenski paradoksi koje bi vremeplovi omogućili, možda imaju rešenje. Pošto je Ajnštajnova teorija zasnovana na glatkim, zakrivljenim Rimanovim površima, nećemo prosto nestati kada se vratimo u prošlost i izazovemo vremenski paradoks. Postoje dva moguća rešenja vremenskih paradoksa. Prvo, ako reka vremena može imati virove, možda ćemo ispuniti prošlost kada zaplovimo vremeplovom. To znači da možemo putovati kroz vreme, ali prošlost ne možemo izmeniti - samo ćemo je ponoviti. Ono što je suđeno, ne možemo izmeniti tako što ćemo uskočiti u vremeplov. Takvo stanovište zastupa ruski kosmolog Igor Novikov: ,,Ne možemo poslati putnika kroz vreme u Rajski vrt i tražiti od Eve da ne ubere jabuku.“231 Drugo rešenje je da se reka vremena podeli u dva toka - tako bi se otvorila vrata paralelnog kosmosa. Ako ustrelite svoje roditelje pre svog rođenja, ubili ste ljude koji su genetski identični vašem ocu i majci, ali nisu zaista vaši roditelji. Majka vas je začela s vašim ocem i rodila vas i omogućila vaše fizičko postojanje. Vi ste skočili iz našeg univerzuma u drugi univerzum, pa su vremenski paradoksi izbegnuti. Ajnštajnovom srcu bila je najdraža objedinjena teorija polja. On je Heleni Dukas rekao da će za sto godina fizičari možda shvatiti šta je radio. Pogrešio je. Nije prošlo ni pedeset godina, a objedinjena teorija polja ponovo se uselila u misli fizičara. Potraga za objedinjenjem, nekad smatranim nedostižnim, danas dobija razmere „zlatne groznice“ u svetu fizike. Zvezda je programa skoro svih sastanaka teorijskih fizičara. Nakon dva milenijuma istraživanja svojstava materije, još otkad su se Demokrit i njegovi zemljaci u antičkoj Grčkoj zapitali od čega je sazdan kosmos, fizika je iznedrila dve sasvim neuskladive teorije. Prva je kvantna teorija, Jedinstvena po načinu opisivanja sveta atoma i subatomskih čestica. Druga je Ajnštajnova opšta teorija relativnosti, koja nas je vodila do zapanjujućih teorija o crnim rupama i kosmosu koji se širi. Paradoksalno je da ove dve teorije nemaju ništa zajedničko. Zasnivaju se na različitim pretpostavkama, matematičkim principima i fizičkim slikama. U osnovi kvantne teorije leže diskretni paketi energije zvani kvanti i ples subatomskih čestica. Teorija relativnosti se zasniva na neprekidnim površima.

231

,,Ne možemo poslati putnika kroz vreme...“: Hawking et al., str. 85.

156

zdls & meteori

Najnaprednija verzija kvantne fizike danas je definisana u okviru standardnog modela i slaže se sa rezultatima subatomskih eksperimenata. To je najuspešnija teorija u prirodi, jer od četiri osnovne sile može objasniti tri (elektromagnetnu, slabu i jaku nuklearnu silu). Premda vrlo uspešan, standardni model ima dve mane. Najpre, nepodnošljivo je ružan - možda i najružnija teorija u istoriji nauke. Grubo spaja elektromagnetnu, slabu i jaku silu - ruku za ruku. Slikovito rečeno, povežite lepljivom trakom kita, mravojeda i žirafu, proglasite tvorevinu „supermodelom“ i tvrdite da je to najveće dostignuće prirode, krajnji rezultat miliona godina evolucije. Standardni model obuhvata zbunjujuću, šaroliku družinu subatomskih čestica čudnih, besmislenih imena poput kvarkova, Higsovih bozona, Jang-Milsovih čestica, Wbozona, gluona i neutrina. Još grde je to što standardni model uopšte ne pominje gravitaciju. Kada biste pokušali da „ugurate“ gravitaciju u standardni model - raspao bi se i dao besmislene rezultate. Svi pokušaji u skoro pedeset godina da se kvantna i relativistička teorija združe, bili su neuspešni. Ali, bez obzira na sve estetske nedostatke kvantne fizike, jedno je sigurno - nepogrešiva je na eksperimentalnom terenu. Jasno je da je neophodno otići dalje od standardnog modela i preispitati Ajnštajnov pristup objedinjenju. Posle pedeset godina, vodeći kandidat za teoriju objedinjenja, potencijalni ujedinitelj kvantne teorije i opšte relativnosti jeste „teorija superstruna“. To je, zapravo, i „jedina zabava u gradu“, jer su sve konkurentske teorije odbačene. Kako fizičar Stiven Vajnberg kaže: „Teorija struna prvi je prihvatljivi kandidat za konačnu teoriju.“232 Vajnberg veruje da su mape drevnih moreplovaca redom ukazivale na postojanje legendarnog Severnog pola, vekovima pre nego što je Robert Piri stupio na Arktik 1909. godine. Slično tome, sva otkrića na polju fizike čestica upućuju na postojanje kosmičkog Severnog pola, odnosno objedinjene teorije. Teorija superstruna uspeva da apsorbuje sve kvalitete kvantne teorije i opšte teorije relativnosti na iznenađujuće jednostavan način. Iako je Ajnštajn materiju poredio s drvetom zbog njenih zamršenih svojstava i naizgled haotične prirode, teorija superstruna materiju svodi na muziku. (Ajnštajnu, izvrsnom violinisti, to bi se verovatno svidelo.) 232

„Teorija struna prvi je prihvatljivi kandidat...“: Weinberg, str. 212.

157

zdls & meteori

Pedesetih godina prošlog veka, fizičari su očajnički pokušavali da daju smisao subatomskim česticama, pošto su neprestano otkrivane nove. Robert Openhajmer je jednom rezigniran rekao: „Nobelovu nagradu iz fizike trebalo bi dati fizičaru koji te godine ne otkrije neku novu česticu.“233 Subatomske čestice dobijale su tako mnogo čudnih grčkih imena, da je Enriko Fermi kazao: „Da sam znao da će biti toliko čestica s grčkim imenima, postao bih botaničar a ne fizičar.“234 Po teoriji struna, kada biste kroz supermikroskop pogledali direktno u elektron, ne biste naišli na čestice, već na vibrirajuću strunu. Vibrirajući na različite načine ili drugačijim tonovima, superstruna se pretvara u razne subatomske čestice poput fotona ili neutrina. Po takvoj predstavi, subatomske čestice koje srećemo u prirodi mogu se posmatrati kao najniža oktava superstruna. To znači da je sve to šarenilo subatomskih čestica otkrivenih u prethodnim decenijama samo partitura za superstrune. Zakoni hemije, tako zbunjujući i naizgled proizvoljni, melodije su koje proizvode superstrune. A zakoni fizike nisu ništa drugo do harmonija superstruna. Teorija superstruna lepo se slaže sa svim Ajnštajnovim radovima o relativnosti. Krećući se kroz prostorvreme, struna prisiljava okolni prostor da se zakrivi, kao što je Ajnštajn pretpostavio 1915. godine. Teorija superstruna bila bi neodrživa kada se one ne bi kretale kroz prostorvreme u skladu sa opštom teorijom relativnosti. Kako je fizičar Edvard Viten rekao, čak i da Ajnštajn nikada nije postavio teoriju relativnosti, verovatno bi je iznedrila teorija struna. Viten kaže: „Teorija struna neverovatno je privlačna jer niko od nas ne može zanemariti gravitaciju. Sve poznate održive teorije struna uključuju gravitaciju; dok je u kvantnoj teoriji ona nemoguća, u teoriji struna je neizostavna.“235

„Nobelovu nagradu iz fizike...“: Kaku, Beyond Einstein, str. 67. ,,Da sam znao...“: Ibid. 235 „Teorija struna neverovatno je privlačna jer niko od nas ne može zanemariti gravitaciju...“: Davies i Brown, str. 95. Uz to treba napomenuti da je poslednja verzija teorija struna nazvana M-teorija. Teorija struna se definiše u prostoru od deset dimenzija (devet prostornih i jedna vremenska dimenzija). Međutim, postoji pet održivih teorija struna koje se mogu definisati u deset dimenzija, što zbunjuje teoretičare koji bi više voleli da postoji samo jedan kandidat za objedinjenu teoriju polja, a ne čak pet. Nedavno je Viten sa svojim kolegama pokazao da je svih pet teorija ravnopravno ako se definišu u jedanaest dimenzija (deset prostornih i jedna vremenska). U jedanaest dimenzija mogu postojati višedimenzione membrane, a neki smatraju da je jedna takva membrana naš svemir. Mada objavljivanje M-teorije predstavlja veliki napredak za teoriju struna, zasad niko ne zna kako tačno izgleda jednačina za M-teoriju. 233 234

158

zdls & meteori

Teorija struna vodi do drugih, iznenađujućih zaključaka. Strune se mogu konsistentno kretati samo u deset dimenzija (devet prostornih i jedna dimenzija vremena). Teorija struna je, zapravo, jedina teorija koja zahteva tačno određenu prostorvremensku dimenzionalnost. Poput Kaluca-Klajnove teorije iz 1921. godine, ona uspeva da objedini elektromagnetizam i gravitaciju uz pretpostavku da više dimenzije mogu da vibriraju, stvarajući sile koje su u stanju da se prostiru kroz tri dimenzije poput svetla. (Ako dodamo jedanaestu dimenziju, prema teoriji struna moguće je vibriranje membrana u hiperprostoru. To je takozvana M-teorija koja obuhvata teoriju struna i omogućava da je bolje sagledamo uza sve prednosti jedanaestodimenzionalne pozicije.) Šta bi Ajnštajn mislio o teoriji superstruna da je živ? Fizičar Dejvid Gros je rekao: „Ajnštajn bi bio zadovoljan, barem zbog cilja, ako ne i zbog načina na koji se ostvaruje... Svidela bi mu se činjenica da postoji jedan, osnovni geometrijski princip - čiju suštinu, nažalost, ne razumemo“.236 Videli smo da je bit Ajnštajnove teorije polja bila da izgradi materiju (drvo) koristeći geometriju mermera. Gros komentariše: „Stvaranje materije iz geometrije - u izvesnom smislu, teorija struna to i radi... [Ona je] teorija gravitacije u kojoj se čestice materije zajedno s drugim silama prirode pojavljuju na isti način kao što gravitacija nastaje iz geometrije.“ Dobro bi bilo vratiti se Ajnštajnovim ranim radovima na polju objedinjene teorije polja i predano razmotriti teoriju struna. Suština Ajnštajnove genijalnosti ležala je u njegovoj sposobnosti da izdvoji ključne simetrije u svemiru koje objedinjuju zakone prirode. Simetrija koja objedinjuje prostor i vreme jesu Lorencove transformacije ili rotacija u četiri dimenzije. Simetrija u osnovi gravitacije je opšta kovarijansa ili je čine proizvoljne transformacije prostorvremenskih koordinata. Treći Ajnštajnov pokušaj da zaokruži veliku objedinjenu teoriju propao je ponajviše zbog toga što mu je nedostajala simetrija koja bi objedinila gravitaciju i svetlost, to jest sjedinila mermer (geometriju) i drvo (materiju). On je, naravno, odmah shvatio da mu treba temeljno načelo koje bi ga vodilo neprohodnim stazama tenzorskog računa. „Verujem da ponovo moramo iznaći opšte prirodno načelo kako bismo zaista napredovali“237 napisaće jednom prilikom. 236 237

„Ajnštajn bi bio zadovoljan...“: Ibid., str. 150. „Verujem da ponovo moramo iznaći opšte prirodno načelo...“: Pais, Subtle Is the Lord, str. 328.

159

zdls & meteori

Upravo to omogućava teorija superstruna. Simetrija koja se nalazi u osnovi superstruna naziva se „supersimetrija“. To je čudna i predivna simetrija koja objedinjuje materiju i sile. Kao što smo pomenuli, subatomske čestice imaju svojstvo koje se naziva spin, jer podsećaju na čigre koje se vrte. Elektroni, protoni, neutroni i kvarkovi koji sačinjavaju materiju u kosmosu imaju spin ½ i nazvani su fermioni, po Enriku Fermiju koji je istraživao svojstva čestica sa spinom ½. Kvanti sila zasnovani su na elektromagnetizmu (sa spinom 1) i gravitaciji (sa spinom 2). Obratite pažnju na to da oni imaju celobrojni spin, i zovu se bozoni (ime su dobili po radu Bozea i Ajnštajna). Ključni detalj je da materiju (drvo) čine fermioni sa spinom ½, dok se sile (mermer) sastoje od bozona sa celobrojnim spinom. Supersimetrija objedinjuje fermione i bozone. Ovo je suština, jer supersimetrija omogućava objedinjavanje drveta i mermera, kao što je Ajnštajn želeo. U stvari, supersimetrija dozvoljava postojanje novog tipa geometrije koji je iznenadio čak i matematičare. Taj novi tip nazvan je superprostor, a on pak čini mogućim supermermer. U ovom novom pristupu moramo da uopštimo stare dimenzije prostora i vremena kako bismo obuhvatili nove fermionske dimenzije - one omogućavaju da proizvedemo „supersilu“ od koje su potekle sve sile u trenutku stvaranja kosmosa. Neki fizičari su razmatrali mogućnost da bi uopštavanje Ajnštajnovog izvornog načela opšte kovarijanse trebalo da glasi: jednačine fizike moraju biti superkovarijantne (što znači da moraju zadržati isti oblik nakon superkovarijantne transformacije). Teorija superstruna pruža priliku da ponovo razmotrimo Ajnštajnov prethodni rad na objedinjenoj teoriji polja, ali u sasvim novom svetlu. Kada počnemo da analiziramo rešenja jednačina koje opisuju superstrune, nailazimo na mnoge čudne prostore kojima se Ajnštajn prvi bavio još u dvadesetim i tridesetim godinama prošlog veka. Već smo videli da je on radio na uopštavanjima Rimanovih prostora, koji bi danas mogli da odgovaraju nekim prostorima iz teorije struna. Ajnštajn je proučavao ove neobične prostore jedan za drugim, boreći se sa sve većom zbrkom (jer su tu bili kompleksni prostori, prostori sa torzijom, uvrnuti prostori, antisimetrični prostori itd.), ali se na kraju izgubio. Nedostajalo mu je fizičko načelo ili slika da ga izbave iz matematike u koju se zapetljao. Srećom, na scenu stupa teorija superstruna koja 160

zdls & meteori

funkcioniše kao organizujuće načelo što omogućava da proučavamo mnoštvo ovakvih prostora iz različitih perspektiva. Da li je supersimetrija ona simetrija koja je Ajnštajnu izmicala poslednje tri decenije njegovog života? Osnova Ajnštajnove objedinjene teorije polja je u tome što je ona trebalo da bude spravljena od čistog mermera, to jest od čiste geometrije. Ružno drvo koje je uznemiravalo njegovu izvornu teoriju relativnosti trebalo je da bude obuhvaćeno geometrijom. Supersimetrija možda krije ključ teorije čistog mermera. Po ovoj teoriji, moguće je uvesti takozvani „superprostor“, u kome prostor sam po sebi postaje supersimetričan. Drugim rečima, postoji mogućnost da će konačna objedinjena teorija polja biti sačinjena od „supermermera“ nastalog iz nove „supergeometrije“. Fizičari sada veruju da su u trenutku Velikog praska sve simetrije sveta bile objedinjene, kao što je i Ajnštajn verovao. Četiri sile u prirodi (gravitacija, elektromagnetizam, slaba i jaka nuklearna sila), bile su objedinjene u jednu supersilu u trenutku postanka kosmosa, a kasnije su se razdvojile dok se kosmos hladio. Ajnštajnova potraga za objedinjenom teorijom polja činila se nemogućom samo zato što su četiri sile danas nepovratno razbijene na četiri dela. Ako bismo mogli da vratimo časovnik 13,7 milijardi godina u prošlost, sve do samog Velikog praska, videli bismo kosmičko jedinstvo u punom sjaju, onako kako ga je Ajnštajn zamišljao. Viten tvrdi da će teorije struna jednoga dana dominirati fizikom na isti način kao što je kvantna mehanika preovlađivala proteklih pola veka. Međutim, ima još mnogo velikih prepreka. Kritičari teorije struna ukazuju na njene slabe tačke. Kao prvo, nije moguća neposredna provera. Pošto je teorija struna zapravo teorija kosmosa, jedini način da se u praksi proveri jeste da ponovo dođe do Velikog praska, to jest stvaranja energije prilikom razbijanja atoma koja bi bila približno ravna onoj prilikom postanka kosmosa. To bi zahtevalo uređaje za razbijanje atoma veličine galaksije, što je van domašaja čak i naprednih civilizacija. Fizika se u velikoj meri izučava posredno, pa se velike nade polažu u to da će LHC (Large Hadron Collider, najveći svetski akcelerator čestica), koji će biti sagrađen blizu Ženeve u Švajcarskoj, imati dovoljno energije da proveri teoriju. Kada LHC bude uskoro pušten u pogon, on će ubrzavati fotone dajući im energiju ravnu hiljadama milijardi elektron volti, dovoljno da razbijaju atome. Fizičari se nadaju da će prilikom 161

zdls & meteori

ispitivanja ostataka ovih fantastičnih sudara moći da pronađu novu vrstu čestice - superčesticu - koja će predstavljati višu rezonancu ili oktavu superstrune. Ima i pretpostavki da bi se tamna materija mogla sastojati od superčestica. Na primer, partner fotona, nazvan „fotino“, električno je neutralan, stabilan je i ima masu. Kada bi kosmos bio ispunjen gasom fotina, ne bismo mogli da ih vidimo, ali bi se oni ponašali na sličan način kao i tamna materija. Ako ikada otkrijemo pravu prirodu tamne materije, ona će možda posredno potvrditi teoriju superstruna. Drugi način za posrednu proveru teorije jeste analiziranje gravitacionih talasa nastalih prilikom Velikog praska. Kada u sledećoj dekadi u kosmos budu lansirani LISA detektori gravitacionih talasa, oni će napokon moći da „uhvate“ gravitacione talase emitovane jedan hiljadumilijarditi deo sekunde nakon Velikog praska. Ako bude u saglasnosti s predviđanjima teorije struna, ovaj opit bi mogao da potvrdi teoriju jednom za svagda. M-teorija bi takođe mogla da objasni neke zagonetke u vezi sa starim Kaluca-Klajnovim univerzumom. Setite se da se ozbiljna zamerka Kaluca-Klajnovom univerzumu zasnivala na tome što više dimenzije ne mogu da se posmatraju u laboratoriji i da bi one morale biti mnogo manje od atoma (to jest, atomi bi trebalo da plutaju u višim dimenzijama). M-teorija pruža moguće rešenje ovog problema pretpostavljajući da je naš kosmos membrana koja pluta u beskonačnom jedanaestodimenzionalnom hiperprostoru. Tako bi subatomske čestice i atomi bili ograničeni na našu membranu (naš kosmos), ali bi gravitacija, kao zakrivljenost hiperprostora, mogla slobodno da teče između dva kosmosa. Ova hipoteza, koliko god se činila čudnom, može da se proveri. Još od Isaka Njutna, fizičari znaju da jačina gravitacije opada s kvadratom rastojanja. U četiri prostorne dimenzije, gravitacija bi trebalo da opada s kubom rastojanja. Prema tome, merenjem malih nepravilnosti u odnosu na zakon obrnute kvadratne proporcije, moglo bi se ustanoviti prisustvo drugih kosmosa. Nedavno se pojavila sledeća pretpostavka: ukoliko postoji paralelni kosmos, samo milimetar udaljen od našeg kosmosa, on bi mogao da bude kompatibilan sa Njutnovom gravitacijom i LHC bi mogao da ga detektuje. Takav ishod uzbudio bi mnoge fizičare, jer bi to 162

zdls & meteori

bio nagoveštaj da će jedan aspekt teorije struna uskoro biti proverljiv, bilo posmatranjem superčestica ili paralelnih kosmosa. Paralelni kosmosi bi mogli da pruže još jedno objašnjenje tamne materije. Ako u našem susedstvu postoji paralelni kosmos, ne bismo mogli da ga vidimo ili osetimo (pošto je materija ograničena na membranu našeg kosmosa), ali bismo mogli da osetimo njegovu gravitaciju (koja može da putuje od jednog do drugog kosmosa). To bi izgledalo kao kada bi nevidljivi prostor imao gravitaciju, slično tamnoj materiji. Mnogi teoretičari superstruna su razmatrali ideju da bi se tamna materija možda mogla objasniti kao gravitacija koju proizvodi blizak paralelni kosmos. Pravi problem dokazivanja tačnosti teorije superstruna nije eksperiment. Ne treba da pravimo džinovske krckalice za atome ili da lansiramo satelite kako bismo proverili ovu teoriju. Problem je čisto teorijski: ako smo dovoljno pametni da potpuno rešimo teoriju, trebalo bi da budemo kadri da iznađemo sva rešenja koja obuhvataju naš kosmos sa svojim zvezdama, galaksijama, planetama i ljudima. Za sada niko na Zemlji nije toliko pametan da bi do kraja rešio ove jednačine. Možda će sutra ili za nekoliko decenija neko obznaniti da je potpuno rešio teoriju. Tada ćemo moći da kažemo je li to teorija svega ili teorija ničega. Jer, teorija struna je do te mere precizna, bez parametara koji bi se mogli doterivati, tako da nema ničeg između. Da li će teorija superstruna ili M-teorija omogućiti da objedinimo prirodne zakone u jednostavnu, usaglašenu celinu, čemu je Ajnštajn težio? Odgovor za sada nemamo. Prisetimo se Ajnštajnovih reči: „Kreativno načelo obitava u matematici. Smatram kako mora biti istinito da se čistim razmišljanjem može spoznati stvarnost, kao što su maštali drevni mudraci.“238 Možda će mladi čitalac ove knjige naći inspiraciju u potrazi za objedinjenjem fizičkih sila i dovršiti ovaj posao. Kako ćemo istinski procenjivati Ajnštajnovu zaostavštinu? Umesto da kažemo kako je posle 1925. godine trebalo da se posveti pecanju, prikladnije bi bilo odati mu sledeću počast: Temelj sveukupne fizike nose dva stuba - opšta relativnost i kvantna teorija. Ajnštajn je bio začetnik prve, kumovao je drugoj i prokrčio put eventualnom objedinjenju dve teorije. 238

„Kreativno načelo obitava...“: Kaku, Quantum Field Theory, str. 699.

163

zdls & meteori

Bibliografija

Ajnštajn je zaveštao sve svoje rukopise i pisma Ajnštajnovom arhivu Jevrejskog univerziteta u Jerusalimu. Kopije dokumenata mogu se naći na Pristonskom i Bostonskom univerzitetu. Zbirka radova Alberta Ajnštajna (knjige 1-5), koju je priredio Džon Sačel, prevod je na engleski ovog obimnog materijala. Barrow, John D. The Universe That Discovered Itself. Oxford University Press, Oksford, 2000. Bartusiak, Marcia. Einsteins Unfinished Symphony. Joseph Henry Press, Vašington, 2000. Bodanis, David. E = mc. Walker, Njujork, 2000. Brian, Denis. Einstein: A Life. John Wiley and Sons, Njujork, 1996. Calaprice, Alice, ed. The Expanded Quotable Einstein. Princeton University Press, Prinston, 2000. Clark, Ronald. Einstein: The Life and Times. World Publishing, Njujork, 1971. Crease, R. i Mann, C. C. Second Creation. Macmillan, Njujork, 1986. Cropper, William H. Great Physicists. Oxford University Press, Njujork, 2001. Croswell, Ken. The Universe at Midnight. Free Press, Njujork, 2001. Davies, STR. C. W. i Brown, Julian, eds. Superstrings: A Theory of Everything? Cambridge University Press, Njujork, 1988. Einstein, Albert. Ideas and Opinions. Random House, Njujork, 1954. Einstein, Albert. The Meaning of Relativity. Princeton University Press, Prinston, 1953. Einstein, Albert. Relativity: The Special and the General Theory. Routledge, Njujork, 2001. 164

zdls & meteori

Einstein, Albert. The World as I See It. Kensington, Njujork, 2000. Einstein, Albert, Lorentz, H. A., Weyl, H. i Minkowski, H. The Principle of Relativity. Dover, Njujork, 1952. Ferris, Timothy. Coming of Age in the Milky Way. Anchor Books, Njujork, 1988. Fliickiger, Max. Albert Einstein in Bern. Paul Haupt, Bern, 1972. Folsing, Albrecht. Albert Einstein. Penguin Books, Njujork, 1997. Frank, Philistr. Einstein: His Life and His Thoughts. Alfred A. Knopf, Njujork, 1949. French, A. STR, ed. Einstein: A Centenary Volume. Harvard University Press, Kembridž, 1979. Gell-Mann, Murray. The Quark and the Jaguar. W. H. Freeman, San Fransisko, 1994. Goldsmith, Donald. The Runaway Universe. Perseus Books, Kembridž, Masačusets, 2000. Hawking, Stephen, Thorne, Kip, Novikov, Igor, Ferris, Timothy i Lightman, Alan. The Future of Spacetime. W. W. Norton, Njujork, 2002. Highfield, Roger i Carter, Paul. The Private Lives of Albert Einstein. St. Martins, Njujork, 1993. Hoffman, Banesh i Dukas, Helen. Albert Einstein, Creator and Rebel. Penguin, Njujork, 1973. Kaku, Michio. Beyond Einstein. Anchor Books, Njujork, 1995. Kaku, Michio. Hyperspace. Anchor Books, Njujork, 1994. Kaku, Michio. Quantum Field Theory. Oxford University Press, Njujork, 1993. Kragh, Helge. Quantum Generations. Princeton University Press, Prinston, 1999. Miller, Arthur I. Einstein, Picasso. Perseus Books, Njujork, 2001. Misner, C. W., Thorne, K. S. i Wheller, J. A. Gravitation. W. H. Freeman, San Fransisko, 1973. Moore, Walter. Schrodinger, Life and Thought. Cambridge University Press, Kembridž, 1989.

165

zdls & meteori

Overbye, Dennis. Einstein in Love: A Scientific Romance. Viking, Njujork, 2000. Pais, Abraham. Einstein Lived Here: Essays for the Layman. Oxford University Press, Njujork, 1994. Pais, Abraham. Inward Bound: Of Matter and Forces in the Physical World. Oxford University Press, Njujork, 1986. Pais, Abraham. Subtle Is the Lord - The Science and the Life of Albert Einstein. Oxford University Press, Njujork, 1982. Parker, Barry. Einstein's Brainchild: Relativity Made Relatively Easy. Prometheus Books, Amherst, Njujork, 2000. Petters, A. O., Levine, H., and Wambganss, J. Singularity Theory and Gravitational Lensing. Birkhauser, Boston, 2001. Sayen, Jamie. Einstein in America. Crovvn Books, Njujork, 1985. Schilpp, Paul. Albert Einstein: Philosopher-Scientist. Tudor, Njujork, 1951. Seelig, Carl. Albert Einstein. Staples Press, London, 1956. Silk, Joseph. The Big Bang. W. H. Freeman, San Fransisko, 2001. Stachel, John, ed. The Collected Papers of Albert Einstein, knjige 1 i 2. Princeton University Press, Prinston, 1989. Stachel, John, ed. Einsteiris Miraculous Year. Princeton University Press, Prinston, 1998. Sugimoto, Kenji. Albert Einstein: A Photographic Biography. Schocken Books, Njujork, 1989. Thorne, Kip S. Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy. W. W. Norton, Njujork, 1994. Trefil, James S. The Moment of Creation. Collier Books, Njujork, 1983. Weinberg, Steven. Dreams of a Final Theory. Pantheon Books, Njujork, 1992. Zackheim, Michele. Einstein's Daughter. Riverhead Books, Njujork, 1999. Zee, A. Einstein's Universe: Gravity at Work and Play. Oxford University Press, Njujork, 1989.

166

zdls & meteori

VELIKA OTKRIĆA

U vrhunskoj i prijemčivoj rekonstrukciji života i dela najvećeg naučnika dvadesetog veka, Mičio Kaku otvara vrata Ajnštajnovog uma da bi nam pokazao kako je ovaj genije razmišljao. Ajnštajnu su velike ideje dolazile kao slike. Od prve slike - Ajnštajnovog utrkivanja sa svetlosnim zrakom - nastala je specijalna teorija relativnosti i čuvena formula E = mc2 koja razotkriva tajne zvezda. Druga slika - Ajnštajn koji pada sa stolice u Zavodu za patente u Bernu - odvela ga je do opšte teorije relativnosti i zakrivljenog prostorvremena koji su 'nam otkrili crne rupe i Veliki prasak. Treću sliku - onu što bi mu pomogla da izgradi teoriju koja bi objedinila sve zakone prirode - nažalost, nije uspeo da dovrši. Ipak, iz mnogih zamisli do kojih je Ajnštajn došao u poznim godinama, izrodile su ' se nove oblasti naučnog istraživanja, nove tehnologije i nekoliko Nobelovih nagrada. „Ajnštajnov kosmos je originalan i maštovit vodič kroz Ajnštajnovu zaostavštinu. Na način prepoznatljiv u tek nekoliko knjiga namenjenih široj publici, Mičio Kaku govori ne samo o istoriji teorije relativnosti već i o novijim teoretskim i eksperimentalnim naučnim prodorima, otkrivajući Ajnštajnovu viziju - nauku, politiku i potencijal. Vrhunski napisano i zavodljivo jasno.“ — Brajan Grin, autor knjige Elegantni kosmos „Ajnštajnovo naučio delo prečesto je prikazivano u senci njegovog privatnog i političkog života. U knjizi Ajnštajnov kosmos Mičija Kakua, Ajnštajn je fizičar. Eto, najzad, prilike da se zavalite na krevet, zbacite cipele i predate se otkrićima najkreativnijeg uma prošlog veka otkrićima koja su izmenila svet.“ — Nil de Grase Tajson, astrofizičar i direktor planetarijuma Hayden „Zahvaljujući autoru, ne morate biti Ajnštajn da biste razumeli Ajnštajna. Ova knjiga spaja Ajnštajnov život i nauku onako kako je Ajnštajn sjedinio vreme i prostor.“ — Ken Krosvel, autor knjiga Veličanstveni kosmos i Veličanstveni Mars MIČIO KAKU je profesor teorijske fizike na katedri Henry Semat Diplomskog centra Gradskog univerziteta i Gradskog koledža u 167

zdls & meteori

Njujorku. Autor je knjiga Hipersvemir, Posle Ajnštajna, Vizije: kako će nauka promeniti svet u XXI veku i Paralelni svetovi. Njegova radio-emisija Istraživanja slušana je širom SAD. Živi u Njujorku. Možete ga pronaći na lokaciji www.mkaku.org.

168