Vreme nauke:
Testament za izgubljenog rođaka

Šta piše na margini naučnog rada koji je 11. februara uzdrmao planetu spoznajom da se gravitacioni talasi šire kroz prostorno-vremensko tkanje sveta? Ko nedostaje u porodičnom albumu

Fizičari ga ne uzimaju u usta bez preke potrebe. Neko bi rekao kako čak gledaju da ga ne spominju češće nego što je to nužno. U slavnoj porodici čestica koje prenose četiri znane fundamentalne interakcije – u čije se istraživanje ulaže stotine miliona evra, o kojima se pišu knjige i snimaju uzbudljivi dokumentarci, i zbog kojih se, naravno, dodeljuju Nobelove nagrade – jedan član familije je već predugo odsutan. Reč je o hipotetičkoj čestici sa spinom dva koju, kada se to pitanje baš potegne, nazivamo graviton, izgubljenom rođaku za koga ne znamo hoće li ikada izaći na svetlost dana i zatražiti da ponovo pročitamo testament.

Bez ikakve sumnje, njegovo pronalaženje bi istraživaču ili grupi naučnika koji bi ga ulovili donelo Nobela, a o dokumentarcima da ne govorimo. No, u međuvremenu, graviton je neugodan svedok nezgodne porodične tajne da ne uspevamo da dovedemo u vezu naše dve najbolje teorije koje neverovatno uspešno opisuju svet, kvantnu mehaniku i Ajnštajnovu teoriju gravitacije. Kako to biva sa porodičnim pitanjima, ova tajna, zapravo, i nije neka tajna – problem nepovezanosti zakona koje smo otkrili u unutrašnjosti atoma, u mikrosvetu elementarnih čestica i onih koje nalazimo na astronomskim, planetarnim i galaktičkim makroskalama, neprekidno se analizira i debatuje.

To pitanje opsedalo je prvo samog Ajnštajna sve do njegove smrti, a potom čitavu seriju vodećih umova najegzaktnije nauke o prirodi koji su pokušali da spoje zakone dva sveta i pronađu takozvanu Teoriju svega. U fizici je u XX veku zbog toga nastala cela lavina spekulativnih teorija, od kojih su neke čak napustile eksperimentalnu utemeljenost i izdajući osnovne njene vrednosti praktično pobegle izvan fizike. Međutim, graviton, čestica koja bi zapravo objasnila sve i spojila dva sveta, gravitaciju i Standardni model čestica, ostala je tek hipotetički konstrukt. Pojavljuje se tek ovlaš u popularnim tekstovima ili, ređe, u pojedinim naučnim radovima, kao nezvani gost ili deo dodatne analize.

Tako se i u poslednjem, spektakularnom otkriću gravitacionih talasa na američkim LIGO postrojenjima (videti drugi tekst u rubrici "Mozaik", tj. pod "povezani članci"), koje je još jednom potvrdilo da su ljudi sa svojim mašinama neverovatna stvorenja, a da je Ajnštajn ispravno napisao jednačine gravitacije, gotovo na margini pojavljuje ni manje ni više nego – graviton. U petom odeljku rada Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger, čiji je zaključak obišao svet, u delu gde se diskutuje izvor kaže se kako se karakteristike gravitacionih talasa mogu interpretirati kao da je (gornja) granica mase gravitona 1.2×10⁻²² eV/c², što je inače vrlo, vrlo mala masa.

Šta je zapravo graviton? U svetu koji poznajemo deluju četiri osnovne interakcije: gravitaciona, elektromagnetna, jaka i slaba. Tri preostale imaju svoje davno snimljene i proučene čestice prenosioce, a to su foton, gluoni i W i Z bozoni. Kod elektromagnetne interakcije, na primer svetlosti, uloga fotona nam je savršeno jasna. Zato se odmah nakon što je Ajnštajn zamenio Njutnovu teoriju gravitacije novom, postavljenom kroz Opštu teoriju relativnosti, javila ideja da i gravitaciona interakcija ima svog prenosioca, česticu graviton.

Međutim, problem je što je gravitaciona sila mnogo manja u poređenju sa drugima – između dve čestice ona deluje 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 puta manjom silom od elektromagnetne sile između dva protona. Ako vas ovaj broj sa 39 nula plaši, zamislite samo, na primer, kako jedan majušni trajni magnet zakačen na frižideru savlađuje gravitacionu silu ogromne, masivne lopte kakva je planeta Zemlja. Prenosioca tako slabe sile nije lako snimiti.

Graviton se kao naziv prvi put pominje na neobičnom mestu – u članku iz 1934. godine ruskih autora Blokinsteva i Galjperina, objavljenom u sovjetskom časopisu "Pod znamenjem marksizma". Njih dvojica navode ime graviton u radu "Hipoteza neutrina i zakon održanja energije". Ideja da graviton postoji i danas je savršeno logična – osim što je mnogo slabija, zašto bi gravitacija bila drugačija od preostalih sila koje imaju svoje prenosioce. Međutim, usud marksizma kumovao je i gravitonu, ne samo oko imena. Kao i mnogo šta drugo objavljeno u pomenutom časopisu, graviton se pokazao samo kao hipotetička ideja.

Običan tenzorski račun iz Ajnštajnove teorije omogućuje da poznajemo jednu njegovu važnu osobinu – spin. Zbog velike "slabosti" gravitacije, eksperimenti u kojima bismo ga ulovili nisu samo skupi nego praktično nemogući, zahtevaju mase koje se procenjuju od mase Jupitera do crne rupe. No, glavobolja je mnogo veća od tehničkog izazova ma kako on bio masivan – mnogo šta nije u redu sa matematikom oko gravitona – na višim energijama, za razliku od elektromagnetne interakcije, gravitacija je kako fizičari enigmatično kažu nerenormazibilna. Matematičate to ne bi uzbudilo, naprotiv, ali za fizičare je to više od tragedije – situacija možda uporediva sa pokušajem da merite vreme otkucajima sata koji svake sledeće sekunde postaje ne samo dvostruko brži, nego se pretvara u dva nova sata.

Slobodan Bubnjević