«

»

Jun 24

Nauka i merenja – na granici mašte

 

Objedinjavanje prirodnih sila

Sve pojave u prirodi do nedavno naučnici su tumačili delovanjem četiri prirodne sile: gravitacione, elektromagnetne, slabe i jake. Međutim, slavni Albert Ajnštajn je učio da se priroda ne razbacuje ni idejama, ni materijalom, već da se ona ponaša kao dobar domaćin, ekonomista. Prema njemu, bilo je malo verovatno da postoji toliko mnogo sila. Zato je prvo medju teorijskim, a zatim i eksperimentalnim fizičarima započela prava utakmica u otkrivanju jedinstva prirodnih sila, stvaranju celovite, jednostavnije slike sveta.

Prvi značajan korak u ovom pravcu u teorijskoj fizici učinili su Vajnberg, Salam i Glasou. Oni su za svoje radove na objedinjavanju elektromagnetne i slabe sile u elektroslabu silu podelili Nobelovu nagradu za fiziku. Na drugoj strani, ekipa eksperimentalnih fizičara i njihovih saradnika našla je dokaze postojanja elektroslabe sile otkrivši mikročestice koje su teoretičari predvideli. U tom poslu učestvovalo je više stotina ljudi! Da bi njihov rad bio krunisan uspehom, bilo je potrebno sagraditi grandiozni akcelerator čestica u CERN-u, istraživačkom institutu u blizini Ženeve, u Švajcarskoj. Taj super-protonski sinhrotron je pravo čudo nauke i tehnike. On je kružnog oblika. Njegov obim iznosi oko 27 km, tako da bi ga čovek obišao treba mu skoro pola dana!

U tom akceleratoru su se protoni i njihove antičestice – antiprotoni ubrzavali do energije od 270 milijardi elektron-volti, dostižući tako 99,9994% brzine svetlosti. Na odredjenom mestu u akceleratoru te čestice su se “čeono” sudarale užasnom žestinom. Pri tome je dolazilo do njihovog iščezavanja, do anihilacije protona i antiprotona, koja je bila praćena pojavom visokoenergetskog zračenja. U trenutku sudara pomenutih čestica ta tačka u CERN-ovom akceleratoru postajala je najvrelija tačka u celokupnom Svemiru! Njena temperatura dostizala je Kelvinovih stepeni! Dogadjaji koji su se dešavali u toj “najvrelijoj tački” naseg Svemira, nalik su onima koji su se zbivali u prvim trenucima posle “velike eksplozije” u kojoj je Svemir nastao. Ova zbivanja posmatrali su složeni nuklearni detektori , razmešteni oko “najvrelije tačke”. Neki od njih su bili veličine omanjih kuća! Oni su detektovali 30 do 50 novonastalih čestica pri svakom sudaru protona i antiprotona.
Odredjivali njihova naelektrisanja, mase, pravce kretanja, energije, impulse, dužine zivota i drugo. Analizirajući 850.000 fotografija ovakvih visokoenergetskih sudara u CERN-ovom akceleratoru, tim od 151 naučnika (!) otkrio je 1983. godine dugo traženu česticu čudnog imena “vikon” (W+ i W-), prenosioca slabe sile, čije su postojanje teorijski fizičari naslutili 20 godina ranije. Iz mnoštva podataka, kao u rasvetljavanju veoma složenog kriminalnog dogadjaja, fizičari su zaklljučili da je masa vikona 80 puta veća od mase protona, da je njegov život neobično kratak i mnogo šta drugo što je bilo “zapisano” u teoriji elektroslabe sile. Ubrzo je u CERN-u jedan drugi, manji tim naučnika na istoj mašini, ali sa različitim nuklearnim detektorskim sistemima potvrdio prethodno epohalno otkriće Rubije i saradnika. Pronadjena je još jedna čestica – “zed-nula” (Z0), prenosilac tzv. neutralne struje, koju je, takodje, predvidela teorija elektroslabe sile. I u tom slučaju kao i u prethodnom , izvršeno je više miliona merenja i analiza “nuklearnih vatrometa” do kojih je dolazilo pri sudarima protona i antiprotona. Ti “vatrometi” su bili nalik onima koji su se dešavali u milijarditim i još manjim delovima sekunde neposredno posle odigravanja “velike eksplozije” u kojoj je rodjen Svemir.  

Radjanje moderne kosmologije – “Velika eksplozija”

Ako jednoga dana bude pisana Ginisova knjiga o rekordima postignutim u nauci, u odeljku o merenjima, pored uspeha u merenjima izvedenim tokom izgradnje atomske bombe i ostvarenja programa “Apolo” – čovekovog osvajanja Meseca, nesumljivo će se naći i merenja koja su učinjena tokom eksperimenata na CERN-ovom akceleratoru krajem prošlog veka. Jedno od najvećih otkrića modernog doba, možda i svih vremena, vezano je za brojna precizna merenja. Dvadesetih godina prošlog veka, na opservatoriji Maunt Vilson u SAD, astronomi E. Habl i njegov pomoćnik M. Hjumason pazljivo su analizirali svetlosno zračenje dalekih galaksija. Pri tome su uočili da su sve spektralne linije ovih galaksija pomerene ka crvenom delu spektra, kao i to da je ovaj neočekivani pomak utoliko veći ukoliko su posmatrane galaksije udaljenije od našeg Mlečnog puta. Mudri Habl je pronikao da se tumačenje te pojave nalazi u Doplerovom efektu (uticaju kretanja izvora na frekvenciju emitovanog zračenja) i shvatio da je na tragu jednog od najvećih otkrića u prirodnim naukama – otkrića pojave širenja Svemira! Samo se širenjem Svemira, tj. “bežanjem” galaksija od posmatrača, mogao da objasni crveni pomak spektralnih linija u svetlosti koju one emituju. Dva radioastronoma, A. Penzijas i R. Vilson, osluškujući pomoću svoje velike “puž-antene” radio-emisiju iz kosmosa, otkrili su pozadinsko zračenje Svemira koje odgovara temperaturi od 3K. Na taj način su pružili kljucni dokaz teoriji A. Fridmana, po kojoj je Svemir postao iz jedne tačke “velikom eksplozijim” pre nekih 15 do 20 milijardi godina. Od tada se Svemir, po Hablu I Fridmanu, širi i njegova prvobitno fantastično visoka temperatura vremenom opada, da bi sada iznosila samo 3K. Tako mi danas znamo da radio-zračenje u kome se “kupa” ceo Svemir predstavlja eho davne “velike eksplozije”.

U poslednje vreme sve više se ukazuju obrisi jedinstvenog naučnog mosta koji premošćuje ponor izmedju elementarnih čestica i Svemira. Ta čudesna sinteza znanja o najsićušnijim i grandiozno velikim oblicima materije proističe iz činjenice da je svet postao iz jedne tačke. Zato danas, kada fizičar ispituje ponašanja elementarnih čestica (leptona i kvarkova), on podiže temperaturu tačke u kojoj se čestice sudaraju i time se sve više približava uslovima koji su vladali neposredno po odigravanju “velike eksplozije”. U tom pogledu već smo se vrlo blizo primakli “nultom vremenu”.

Potera za gravitonom

Na drugoj strani, Svemir, praktično, pruža neograničene mogućnosti za različita merenja i zaključivanja. Istražujući Svemir, njegovu evoluciju od najranijih trenutaka do nastanka galaksija, kao i obilnosti izotopa u njemu i puteve njihove sinteze, mogu se izvesti i takvi zaključci u vezi sa strukturom mikrosveta do kojih se ne može doći pomoću postojećih akceleratora čestica. Putem kosmoloških istraživanja , kao i praćenja kataklizmičkih pojava u kosmosu i transformacija gromadnih tela, stiču se uvidi o dejstvima gravitacionih sila u super kondenzovanoj materiji. Tako se, na primer, u traganju za hipotetičnim gravitonima (prenosiocima gravitacione sile) koriste dvojni zvezdani sistemi kod kojih je jedno telo neutronska zvezda – pulsar. Pulsar nastaje kolapsom masivne zvezde, uz “krckanje” njene svekolike materije do neutrona. Neutronska zvezda – pulsar sa velikom pravilnošću emituje impulsno radiozračenje. To je omogućilo Dž. Vajsbergu, Dž. Tejloru i L. Fouleru da posle šestogodišnjeg proučavanja dvojnog zvezdanog sistema sa pulsarom PSR 1913+16, utvrde da se energija pulsara vremenom smanjuje u skladu sa predvidjanjima Ajnstajnove Opšte teorije relativnosti. Time je potvrdjeno da pulsar, koji “pada” ka svojoj zvezdi-pratilji, praveći sve kraće obilaske oko nje, zrači gravitacione talase. Za ovo otkriće naučnici su dobili Nobelovu nagradu. U želji da direktno potvrde postojanje gravitona, čije se pojavljivanje očekuje pri pojavama supernova, u sudarima galaksija, isijavanjima kvazara, eksplozijama crnih rupa i drugim kosmičkim preraspodelama velikih masa, grade se “gravitacione antene”. Treća generacija ovih detektora predstavlja pravo remek-delo savremene nauke i tehnike. To su džinovski aluminijumski cilindri koji bi pod udarom gravitacionih talasa iz Svemira morali da “zatrepere”. Ti tanani treptaji, pomeranja cilindara, trebalo bi da budu manji od desetohiljaditog dela prečnika atomskog jezgra, tj. manji od . I sad poverujte pesniku koji kaze: “Kada dete ispusti zvečku – zvezde zatrepere”. Nesumljivo pesnik je u pravu, ali su ti poremecaji izuzetno mali i za sada jos uvek nemerljivi.  

Čovek kreće putevima neba i zvezda

Spektakularni uspesi kosmičkog programa, zapoceti Gagarinovim letom, krunisani su stupanjem čoveka na Mesec i napuštanjem Sunčevog sistema četiri letelice iz porodica “Vojadžer” i “Pionir”. Pored ostalog, oni počivaju i na velikom napretku u odredjivanju polozaja nebeskih tela i u kosmičkoj navigaciji. Tako se primenom najsavršenijih instrumentalnih tehnika , uz neophodne matematičke analize i korekcije putanja i kretanja tela zasnovanih na Ajnštajnovim radovima, danas mogu odrediti položaji bliskih planeta na nebu sa greškom od samo par kilometara! U senci dostignuća “Apolo” programa nepravedno je zapostavljen uspeh letelice “Pionir-10”. Ona je besprekorno obavila svoje naučne zadatke na putu kroz Suncev sistem. Lansirana je 3. marta 1972. godine. Prošavši asteroidni pojas izmedju Marsa i Jupitera, prišla je ovoj džinovskoj planeti na blisko rastojanje, dobila od nje dodatno ubrzanje i požurila ka Saturnu i Uranu, a zatim prema Neptunu i Plutonu. Posle 11 godina, 3 meseca i 10 dana, prevalivši 4,3 milijarde kilometara (više od dvadesetostrukog rastojanja Zemlje od Sunca) “Pionir-10”, delo ljudskih ruku, napustio je Sunčev sistem. Sada on poput zvezdanog “vilin-konjica” jezdi ka Vlašićima, bliskoj skupini zvezda, do koje bi mogao stići za 6 miliona godina. Brojna merenja i pregnuća hiljada naučnika, medju kojima i našeg Nikole Tesle, utrla su put ovom grandioznom dostignuću.

Izgubljen u beskraju vremena i prostora, omedjen svojom životnom konačnoscu, čovek se pita da li je sam u Svemiru. O tome je jos starogrčki filozof, Metrodorus iz Kiosa, koji je ziveo 400 godina pre Hristovog rodjenja, pisao: “Nije mogućno da se u velikom polju krije samo jedan klas žita, a u beskraju Univerzuma samo jedan živi svet”. Ovo pitanje zaokuplja veliku pažnju današnjih naučnika koji iz dana u dan skupljaju sve više podataka koji nam ukazuju da je Metrodorus, po svemu sudeći, bio u pravu.

Da li smo sami u Svemiru?

Prema približnom računu Frenka Drejka, profesora Univerziteta Kornel, SAD, u našoj galaksiji moglo bi trenutno da postoji oko 10 naprednih civilizacija. U traganje za njima upustili su se brojni radioteleskopi koji pomno “osluškuju” nebo. Pomocu gigantske radio-antene Aresibo u Portoriku, prečnika 305 metara, pretražene su neke blize zvezde i njihova okolina do rastojanja od oko 20 svetlosnih godina. U programu SETI, potrazi za vanzemaljskim civilizacijama, pored naučnika učestvuje i više od milion radio-astronoma amatera i ljudi drugih struka. Oni iz naučnih centara preko Interneta dobijaju materijal za analizu. Po utvrdjenim uputstvima, pomoću svojih kompjutera, ova “vojska” zaljubljenika u astronomiju i radoznalaca traga za signalima vanzemaljaca.
Vec do sada je prikupljena ogromna količina informacija. Na posao se dao i neprevazidjeni optički kosmički teleskop “Habl”. On, pored ostalog, pokušava da pronadje planetarne sisteme koji mogu biti kolevke života. Ako se desi da čovek otkrije vanzemaljska bića – biće to najveće otkriće svih vremena. Možda će čovek, raspet izmedju atoma i Svemira, u tom trenutku pokušati i sebe bolje da spozna, jer je on sebi najveća nepoznanica. Pa ako čovek i na taj izazov odgovori, opet će se postaviti nova pitanja. Rodi će se nove hipoteze i teorije – biće potrebna nova merenja.

About Vladimir Ajdačić

Prof. dr Vladimir Ajdacić, nuklearni fizicar, rođen je 1933. godine u Beogradu, Jugoslavija. Studirao je na Univerzitetu u Beogradu i Torontu. Naučnim radom bavio se u Institutu u Vinči, Jugoslavija, i u Kanadi, na Univerzitetu Toronta i na McMaster univerzitetu u Hamiltonu. Radio je na razvoju metoda detekcije nuklearnog zračenja i na izučavanju nuklearnih reakcija. Tokom NATO rata protiv Jugoslavije i posle njega osnovna preokupacija prof. Ajdačića je pomoć žrtvama osiromašenog uranijuma. Paralelno sa naučnim radom, duže od 40 godina bavi se popularizacijom nauke.

More Posts (23)

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Slider by webdesign