Vienā sarunā no eksperimenta apraksta līdz zinātnes filozofijai

Man ir radies iespaids, ka CERN zināmā mērā pats ir savas izcilās zīmolvedības ķīlnieks, jo sabiedrība ir pārliecināta, ka tur nodarbojas ar “visādiem Higsa bozoniem”, un punkts. Izrādās, ne tikai. Es nedaudz muļķojos, tomēr lūgums ir iezīmēt šo plašāko kontekstu CERN darbā.

Man jāpiekrīt, ka CERN sabiedriskās attiecības ir izcilā līmenī. Man vairākkārt ir bijusi iespēja turp pavadīt mūsu valsts amatpersonas, un politiķi ir bijuši sajūsmā par redzēto. Jāsaka, CERN rīkojas pareizi, jo, ja ir darīšana ar politiķiem un publisko naudu – starp citu, Higsa bozons, ja tā var teikt, izmaksāja desmit miljardus eiro –, tad tu kā struktūra nemaz citādi nevari. Savukārt, atbildot uz tavu jautājumu, CERN pilnīgi noteikti nodarbojas arī ar citām tēmām – sākot no kuģu degvielas attīrīšanas no piesārņojumiem ar minipaātrinātāju palīdzību, beidzot ar staru medicīnu, kas patiesībā ir milzīgs un ļoti nopietns izpētes lauks. Un, protams, arī ar daļiņām.

Pirms raksturoju, ar ko nodarbosies Lāzeru centrs, liriska atkāpe. Pēc vienas no manām publiskajām lekcijām par kvantu fiziku pienāca jauns vīrietis un teica: profesor, tas, ko jūs stāstījāt, bija fantastiski interesanti! Tomēr es pilnīgi neko nesapratu! Pirmajā mirklī šķiet: kā tas iespējams? Tomēr patiesībā reakcija saprotama. Tu saki, ka, piemēram, elektrons var būt divās vietās vienlaikus. Klausītājs novērtē: ja to saka profesors, tad gan jau tā ir. Vai cilvēks, kurš nenodarbojas ar fiziku, var to saprast? Diez vai. Šīs liriskās atkāpes jēga: iespējams, ka tas, ko es mēģināšu pateikt, tev būs interesanti, bet ne saprotami... Ja mēs runājam par fiziku, ir viena fundamentāla problēma. Jebkuros kodolu procesos daļiņas un antidaļiņas, viela un antiviela, rodas vienādā daudzumā. Antivielu mēs redzam tikai ļoti eksotiskās situācijās, eksotiskos brīžos. Ir fantastiskas teorijas par to, ka ir antivisumi un mēs nekad nesatiekamies, šādas būtībā filozofiskas spekulācijas var patikt vai nepatikt, tomēr runa ir par to, ka šīs antivielas faktiski nav.

Kā izteiksmīgi vēsta “Vikipēdija”, “novērojamā Visumā”.

Un tad fiziķi mēģina atrast normālu, cilvēcisku argumentu, ka fizikālajos procesos vielas un antivielas gadījumā kaut kas tomēr varbūt nav vienāds. Varbūt antivielas ir mazāk, jo tā ir nedaudz citāda? Visuma evolūcijas mērogā daudz jau, kā saka, nevajag. Ja tiktāl esam skaidrībā, vajadzētu “uztaisīt” antiatomus, vai ne? Principā tas jau notiek krietnu laiku, to zinātnieki ir iemācījušies, bet šie antiatomi sanāk visādos ierosinātos stāvokļos, un tāpēc ar tiem ļoti grūti kaut ko darīt. Projekts, kurā mēs esam kļuvuši par dalībniekiem, saucas antiprotonu palēninātājs. Nevis paātrinātājs, bet palēninātājs. Antiprotoni rodas lielā enerģijā, kustas lielā ātrumā, un tos vajadzētu “pataisīt” lēnākus, līdzīgi, kā eksistē “normāla” viela, salikt kopā ar antielektronu, un tad mēs iegūstam antiatomu. Aprakstīto, kā jau sacīju, zinātnieki, varētu pat teikt, zināmā rutīnā, dara, un tad ir divi iespējamie ceļi, kā virzīties tālāk. Pirmais. Ja mēs gribam saprast, kāds ir atoms, visbiežāk mēs to darām spektroskopiski, un tie šobrīd fizikā ir absolūti precīzākie mērījumi. To, kā “spīd” ūdeņradis, mēs zinām ārkārtīgi precīzi; paskatīsimies, kā “spīd” antiūdeņradis. Varbūt nedaudz citādi? Respektīvi, varbūt antiūdeņraža spektrālās līnijas ir ar citu enerģiju. Atšķirība varētu būt minimāla, un tomēr. Otrs. Varbūt citāda ir gravitācija? Vismaz daži atceras no skolas gados mācītā, ka plusi un mīnusi pievelkas, plusi un plusi atgrūžas, mīnusi un mīnusi atgrūžas...

Es sāku nojaust, kāds ir priekšstats par manām zināšanām fizikā.

... Gravitācijā nekas neatgrūžas, tikai pievelkas. Savukārt, ja mums ir antiviela, varbūt šī antiviela no vielas atgrūžas? Respektīvi, zinātnieki grib pārbaudīt, vai gravitācija ir simtprocentīgi tāda pati, ja runājam par antivielu. CERN kolaborācija nodarbojas ar abiem virzieniem, un šobrīd varbūt pat lielāks uzsvars ir uz otro, uz gravitāciju. Tas nozīmē palaist horizontāli antiatomu kūli un skatīties, kā tas noliecas. Šajā darbā mēs Latvijā esam izrādījušies absolūti instrumentāli, proti, mūsu spēks ir jauns virziens, ko esam attīstījuši pēdējo gadu laikā. Mēs visu laiku nodarbojāmies ar atomu pētniecību, domājām, kā ar tiem var uztaisīt superprecīzus magnētiskā lauka mērījumus. Par šīm tēmām mums ir monogrāfijas Kembridžā un Oksfordā, varam sev sist pie krūtīm, ka mēs esam nopietni džeki. Savukārt virziens, ar ko mēs esam sākuši nodarboties pēdējo gadu laikā, nozīmē, vienkāršoti raksturojot, atomu vietā ielikt dimanta kristālus, kuros ir defekti.

Interesanti, ko par šādiem iepirkumiem domā Latvijas Universitātes sagādes daļa... Es atvainojos.

(Smejas.) Jā. “Pasaulē krīze, jūs te dimantus pērkat!” Tas jokam. Ar šiem dimantiem var veikt mērījumus. Arī magnētisko lauku. Mums ir apmēram metru gara ļoti tieva caurulīte, kurā kustas antiatomi, un ir nepieciešams absolūti precīzi zināt, kāds ir magnētiskais lauks, jo arī magnētiskais lauks šos antiatomus ietekmē, novirza. Vai, citādi formulējot, ja šie antiatomi “krīt”, mums vajadzētu būt pārliecībai, ka tas nav magnētiskais lauks, kas tos novirza. Lūk, un mēs ar šādu paņēmienu varam mērīt apmēram desmit vietās metra garumā.

Kāds ir visu šo darbību gala mērķis plašākā kontekstā?

Divi aspekti. Pirmais. Man bija tāds “izlēciens” – LU Open Minded ietvaros nolasīju lekciju ciklu Kvantu fizika lielpilsētas iedzīvotājiem, kura mērķauditorija bija cilvēki, kuri nav padziļināti interesējušies par matemātiku vai fiziku, savukārt par kvantu fiziku ir sajūta, ka tā vēsta: “Tur, ārā, ir vēl kaut kas.” Tas fascinē arī ļoti daudzus humanitāri ievirzītus cilvēkus. Nojausma, ka ir “lietas”, kuras mēs ikdienā varbūt neredzam, bet tās nosaka mūsu eksistenci dažādos līmeņos. Un tad tev ir jābalansē. No vienas puses, jāuzsver, ka arī par “kaut ko, kas tur, ārā”, ir jādomā precīzi. No otras puses, lai interesanti. Otrs. Es vispirms izstāstīšu tev vienu, šķiet, patiesu nostāstu par Maiklu Faradeju, kurš, kā mēs zinām, bija arī ļoti profesionāls publicitātes nodrošināšanā – taisīja atspēries publiskus demonstrējumus ar magnētiem. Tātad leģenda ir tāda, ka pēc viena no šādiem paraugdemonstrējumiem pie viņa pienācis Lielbritānijas tā laika premjers un teicis: “Faradeja kungs, tas, ko jūs rādījāt, ir ļoti interesanti, bet kāda tam jēga?” Faradejs esot atbildējis: “Man grūti iedomāties, ka elektrību kāds varētu izmantot praktiski, tomēr esmu pārliecināts, ka drīz jūs par to iekasēsiet nodokļus.” CERN stāsts ir ļoti precīzs. Bija milzīga publicitāte saistībā ar gravitācijas viļņiem, vai ne? Varētu jautāt: kam mums tie? To miljardu sabiedrība varēja arī kaut kur citur izmantot. Bet! Kad mērīja gravitācijas viļņus, tev vajadzēja izmērīt arī garuma vienības izmaiņas. Tas kļuva garāks par tūkstošo daļu no kodola izmēra. Tūkstošo daļu no kodola izmēra. Es gribu teikt, ka parādās tādas tehnoloģijas, kas tika radītas, piemēram, CERN gadījumā eksotiskām daļiņām un līdzīgām tēmām, un tās vēlāk izrādījās mums visiem noderīgas dzīvē. Citiem vārdiem sakot, rezultāts ir noderīgas tehnoloģijas. Tātad ir fundamentālā fizika, kas vēlas saprast, kā darbojas fiziskā pasaule ap mums, un šajā kontekstā – atgriežoties pie taujātā par jēgu – ir jautājums, kāpēc ir matērija, nevis antimatērija. Vai fundamentālo pētījumu rezultātā nākotnē būs arī praktiski pielietojumi? Domāju, ka būs.

Sapratu. Tā jau ir. Pat ja ITER kodolsintēzes projektam izdosies ne viss iecerētais, tehnoloģiski viņi būs attīstījuši brīnumlietas. Ko tu smejies?

Par ITER man ir cits stāsts. Es ļoti precīzi atceros sevi studenta solā Latvijas Universitātē. Kāds ļoti prominents profesors man tolaik teica, ka ir daži tehnoloģiski sīkumi, kas jāatrisina, un būs nepieciešami, maksimums, pieci gadi, un mēs tiksim pie šādas enerģijas. Gandrīz tos pašus vārdus es tagad saku saviem studentiem. Tiesa, pievienojot arī stāstu par savu profesoru.

Es gan pieļauju, ka cilvēkiem, kuri ir skatījušies konkrēta žanra filmas, mūsu sarunā lietotie jēdzieni “antiviela”, “antimatērija” un līdzīgi ir biedējoši. Auziņš beigu beigās radīs “melno caurumu”, kas mūs visus aprīs. Un šāds cilvēks var tev jautāt: tas viss izklausās teorētiski loģiski, bet kādi ir eksperimentālie pierādījumi?

Nezinu, vai es līdz galam uztvēru tavu jautājumu...

Es gribēju tik gudri pajautāt, ka pats nesaprotu, ko pateicu.

To, vai ir antimatērija, mēs eksperimentāli varam pierādīt vienkārši. Tas, kas ir fantastikas romānos un filmās, ir – ja antimatērija pieskaras matērijai, tad ir liels “bums” un tikai gaisma. Ar antiatomu šī ir galvenā problēma – cik ilgi tu to noturi, kamēr tas kaut kur pieskaras matērijai un vienkārši nepazūd, vai, lietojot budisma terminoloģiju, pārtop vienā vienīgā starojumā, luminoscity. Man toties likās interesants tavs apgalvojums, ka, lūk, džeki rada vispirms teoriju un pēc tam to pārbauda eksperimentāli. Patiesībā fizikā notiek otrādi. Tādu gadījumu, kā saki, ir bijis ļoti maz. Piemēram, Alberts Einšteins. Sēdēja cilvēks savā patentu birojā, kasīja pakausi un izdomāja visādus domu eksperimentus, un tad citi mēģināja šīs idejas pārbaudīt. Tu droši vien zini to gadījumu ar Arturu Edingtonu, kurš aizbrauca uz Āfriku, lai, pētot Saules aptumsumu, pārbaudītu Einšteina teoriju. Un žurnālists dienu pirms aptumsuma intervē Einšteinu – jums šī droši vien būs smaga nakts, jo izšķirsies strīds par jūsu teorijas pareizību. Einšteins esot atbildējis, ka gulēšot ļoti labi, jo viņš taču zina, ka viņa teorija ir pareiza. Tomēr, kā jau teicu, tipiski ir tieši otrādi. Proti, pēkšņi ir eksperiments, kas nesaskan ar mūsu teorijām, un tad ir viela pārdomām. Savukārt Higsa bozons, kas ir eksperimentāli “taustāms”, ir viens no garlaicīgākajiem stāstiem mūslaiku fizikā no fizikas attīstības viedokļa, jo bija standartmodelis, kur, ja tā var teikt, viss jau bija iekšā, un neviens patiesībā nešaubījās, ka šī daļiņa tiks atklāta. Tas bija tehnisks jautājums. Tāpēc jau arī politiķi daudz nešaubījās atvēlēt desmit miljardus – bija zināms, ka pasākums ir, kā saka, drošs, un politiķi varēja rēķināties ar uzslavām par zinātnes un progresa atbalstīšanu. Es negribu Higsa bozona stāstu “nosēdināt” par zemu, tomēr skaidrs, ka tas nebija gadījums, kas izmainīja mūsu priekšstatus par dabu. Man ir daži paziņas ASV, Nobela laureāti fizikā, un viens no viņiem man reiz stāstīja savu modeli, kā nodarboties ar zinātni. Ļoti noapaļoti rēķinot, piecdesmit procentus no viņa rīcībā esošiem finanšu un cilvēku resursiem viņš velta tam, lai skatītos kādas jaunas lietas mainstream fizikā. Turklāt man šķiet, ka šīs fizikas garlaicīgākās daļas nelāgā puse ir arī tā, ka pamatā ir brute force: nosacītajā Stenfordā ir tik naudas, nosacītajā Latvijas Universitātē nesalīdzināmi mazāk. Skaidrs, ka virzienā “zināmais, bet vēl neizdarītais” izdarīs Stenforda, jo tur ir vairāk resursu. Otru pusi viņš velta tam, lai pētītu, teiksim, jautājumu, vai fotoni ir bozoni. Fizikā nav nevienas teorijas, kas teiktu, ka fotoni varētu nebūt bozoni. Savukārt šis kungs saka: bet es mērīšu, es gribu zināt, cik precīzi var nomērīt, un, ja man ļoti paveiksies – kas gan ir maz ticami –, izrādīsies, ka fotonos kaut kas nedaudz ir klāt ne tikai no bozoniem. Viņš to grib pētīt nevis kādas teorijas pamudināts, bet faktiski šauj tumsā. Un arī šādā modelī ir loģika. Mēs zinām, ka zinātne nav patiesībā pēdējā instance, zinātne ir vienkārši labākais pietuvinājums no pieejamajiem. Šaušana tumsā ir iespēja atklāt kaut ko tādu, kas šo labāko no pietuvinājumiem liek tomēr kaut kā modificēt. Rezumēju: tad, kad patiešām var runāt par jaunu fiziku, tas ir eksperiments, kas saka – džeki, jūsu teorija nav īsti pareiza!

Atbildi sapratu, bet es gribēju atgriezties pie sava sapiņķerētā jautājuma. Konteksts ir viena saruna ar Vjačeslavu Kaščejevu pērn, kurā es, šķiet, Vjačeslavu nokaitināju. Proti, es viņu provocēju, spītīgi apgalvojot: ja kāda teorija ir skaista, interesanta, tad kāpēc tā nevar pastāvēt arī bez eksperimentāla pierādījuma?

Ā, šī patiesībā ir ļoti nopietna tēma. Šobrīd fizika ir stadijā, kad mums parādās stīgu teorija, multiversa teorija – tā gan ir vēl spekulatīvāka, to pat teorētiski nevar pārbaudīt atšķirībā no stīgu teorijas. Lai pārbaudītu, ir nepieciešamas tādas enerģijas, kādu nekad, visticamāk, mūsu rīcībā nebūs. Pat ja mēs izveidotu paātrinātāju apkārt Zemei pa ekvatoru – diametrs nosaka, cik daudz enerģijas var iegūt, ne velti CERN sācis projektēt 100 kilometru garu –, enerģijas vienalga nepietiktu. Tātad pārbaudīt stīgu teoriju vismaz tuvāko paaudžu laikā nevarēs. Ko tas nozīmē? Vai tātad par šādu teoriju vispār ir jēga domāt? Ir metodoloģija, kas saka: šādās situācijās fizika ir aizgājusi tik tālu, ka, iespējams, kritērijs ir ne tikai eksperimentālā pārbaudāmība, bet arī teorijas elegance. Ar eleganci saprotot jaudu, lietojot pēc iespējas mazākus konceptus, izskaidrot visu, kas mums apkārt. Patiesībā mēs šādā situācijā esam jau diezgan sen. Mēs sakām, ka mums ir kvarki, par kvarkiem mums ir ļoti konkrēts koncepts, tomēr kvarku kā daļiņu iegūt tiešā veidā nevar. Tomēr es tev turpinu apgalvot, ka kvarks eksistē. Ko nozīmē “eksistē”? Man būs netieši pierādījumi. Bija fantastisks vīrs Anrī Puankarē, kurš teica: “Kāpēc mums visi vienādojumi klasiskajā mehānikā ir otrās kārtas vienādojumi? Mēs varam uztaisīt pirmās kārtas vienādojumus!” Man uz biljarda galda ir ne tikai redzamās bumbiņas, bet arī kvazibumbiņas. Es tās neredzu, bet mans vienādojums saka, ka tās tur ir. Modernajā fizikā kvazidaļiņu ir tonnām. Mēs tās ieraudzīt nevaram, bet vienādojumi saka, ka tās ir. Un smalki filozofi, lūk, ir izdomājuši, ka ir objektīvā eksistence un ir fizikālā eksistence. Respektīvi, kaut kas eksistē fizikā kā nozarē. Līdzīgi varbūt varētu lietot izteikumu “ķīmiskā eksistence”. Vai “filozofiskā eksistence”. Te gan, protams, jāpatur prātā tas, ka visām iespējamām “ezoterikām” ir slieksme šādus zinātnes aspektus izmantot savā labā. “Kvantu fizika runā par to, ko budisti māca jau sen.”

Šādi apgalvojumi mani kaitina.

Ne tevi vienīgo. Es vienkārši norādu, ka, no vienas puses, mēs redzam sabiedrībā skeptisku attieksmi pret zinātni, bet, no otras puses, paņēmienu izmantot apgalvojumu “zinātnieki ir to pierādījuši” kā attaisnojumu turpmāku diskusiju pārtraukšanai.