Τίτλος πρωτοτύπου: Quantum Legacies, Dispatches from an Uncertain World © The University of Chicago, 2020 © για την ελληνική γλώσσα σε όλο τον κόσμο: Εκδόσεις Ροπή, 2022 Απαγορεύεται η αναπαραγωγή με οποιοδήποτε μέσο μέρους ή όλου του βιβλίου χωρίς την έγγραφη άδεια του εκδότη. Πρώτη έκδοση isbn: 978-618-5289-76-8 Μετάφραση – Επιστημονική επιμέλεια: Γρηγόρης Πανουτσόπουλος,
Περιεχόμενα
Πρόλογος στην Ελληνική Έκδοση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Γρηγόρης Πανουτσόπουλος
Πρόλογος . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Άλαν Λάιτμαν Εισαγωγή . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
ΚΒΑΝΤΑ
1. Κβάντα Παντού, Παρηγοριά Πουθενά . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2. Ζωή και Θάνατος: Όταν η Φύση Αρνείται να Επιλέξει . . . . . . . . 51
3. Επιχείρηση: Νετρίνο . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4. Η Κβαντική Θεωρία υπό το Φως των Άστρων . . . . . . . . . . . . . . . 79 ΥΠΟΛΟΓΙΖΟΝΤΑΣ
5. Από τους Μαυροπίνακες στις
Κάτι για το Τίποτα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Κυνηγώντας το Σωματίδιο Χιγκς . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Όταν τα Πεδία Συγκρούονται . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 ΣΥΜΠΑΝ
Μαντέψτε Ποιος θα Έρθει για Δείπνο . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Εκστασιασμένοι με τη Βαρυτική Θεωρία . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 16. Οι Διαμάχες περί Εξέλιξης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 17. Όχι Άλλες Μοναχικές Καρδιές . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
18. Μαθαίνοντας από τα Βαρυτικά Κύματα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
19. Ένας Αποχαιρετισμός στον Στίβεν Χόκινγκ . . . . . . . . . . . . . . . 331
Ευχαριστίες . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
Συντομογραφίες . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
Σημειώσεις . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
Ευρετήριο . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
Kaiser Lightman Κβαντική Κληρονομιά indd 8
Πρόλογος στην ελληνική έκδοση
Είναι αλήθεια πως έχουν γραφτεί αρκετά βιβλία που επιχειρούν με εκλαϊκευτικό τρόπο να εξηγήσουν τις πολύπλοκες, και συχνά παράδοξες για την ανθρώπινη αντίληψη, έννοιες του κβαντικού κόσμου. Η πρωτοτυπία του παρόντος βιβλίου, όμως, έγκειται στο ότι δεν αρκείται σε αυτό, αλλά επιχειρεί να φωτίσει τις ανθρώπινες και ιστορικές διαστάσεις της επίμονης αναζήτησης των φυσικών του 20ου αιώνα για την κατανόηση των θεμελίων της φυσικής πραγματικότητας. Είναι αλήθεια ότι πρόκειται για ένα εγχείρημα εξαιρετικά δύσκολο, αφού η λεπτή ισορροπία ανάμεσα στον κόσμο της φυσικής και σε αυτόν της ευρύτερης κοινωνικοπολιτικής ιστορίας απαιτεί εξαιρετικά λεπτούς χειρισμούς και κινήσεις. Ο Ντέιβιντ Κάιζερ σε αυτή τη σειρά δοκιμίων το αποτολμά με χειρουργική ακρίβεια, συρράβοντας σε μια ενιαία αφήγηση παγκοσμίους πολέμους, ιστορίες κατασκοπίας, κινήματα αντικουλτούρας, ψυχροπολεμικές διενέξεις, ρηξικέλευθες ιδέες, ανθρώπινες αδυναμίες, κβαντικά πηγάδια, γιγάντιους επιταχυντές σωματιδίων, εξισώσεις, πανεπιστημιακά εγχειρίδια και πολεμικά
μών: είναι συγχρόνως ένας από τους πιο σημαντικούς ιστορικούς της επιστήμης των τελευταίων δεκαετιών (κάτοχος και της αντίστοιχης έδρας στο ΜΙΤ) και ένας πολύ αξιόλογος σύγχρονος φυσικός, έχοντας συμμετάσχει σε ορισμένα από τα πιο διάσημα πειράματα αιχμής για τη θεμελίωση της κβαντικής μηχανικής. Αυτή η ολιστική του θέαση πάνω στην επιστήμη και στις κοινωνικές δομές, οι οποίες τη γέννησαν, του δίνει τη δυνατότητα να υποστηρίζει με πειστικό τρόπο ότι η εξέλιξη της σύγχρονης φυσικής δεν καθορίστηκε μόνο από το τι συνέβη μέσα στους τοίχους των εργαστηρίων, ούτε αναδύθηκε με έναν μηχανιστικό τρόπο μέσα από την επίλυση απαιτητικών εξισώσεων. Αντίθετα, όπως με εκπληκτική συνέπεια περιγράφεται σε κάθε ένα από τα κεφάλαια του συγκεκριμένου τόμου, κάθε σημαντική ιδέα για τον κβαντικό κόσμο ήταν εμποτισμένη από το ευρύτερο πολιτικό, ιδεολογικό και κοινωνικό πλαίσιο. Επιπλέον, η μεταπολεμική φυσική δεν αναπτύχθηκε σε ένα αποστειρωμένο εργαστηριακό περιβάλλον αλλά επηρεάστηκε καίρια από τη σχέση της με την πολιτικο-στρατιωτική ηγεσία και από τις πηγές χρηματοδότησής της. Εάν λοιπόν θέλουμε να κατανοήσουμε τη μεταπολεμική φυσική σε βάθος, δεν αρκεί μόνο να μελετήσουμε τις περίπλοκες ιδέες και τις εξισώσεις που την περιγράφουν, αλλά πρέπει να λάβουμε υπόψη μας όλες τις παραπάνω παραμέτρους. Επιπροσθέτως, η κατανόηση της ιστορικής πορείας της μεταπολεμικής φυσικής μας παρέχει ένα εξαιρετικά χρήσιμο ερμηνευτικό εργαλείο που μας επιτρέπει να φωτίσουμε καλύτερα ιστορικές
της σύγχρονης φυσικής, χωρίς να προϋποτίθενται εξειδικευμένες γνώσεις. Αναγκαστικά, το βιβλίο δεν είναι πλήρες από τεχνικής άποψης αλλά το γεγονός ότι ο συγγραφέας γνωρίζει σε βάθος όλες τις θεωρίες που παραθέτει, του δίνει τη δυνατότητα να συγκρατήσει την ουσία τους, δίχως να καταφεύγει στον απαιτητικό μαθηματικό φορμαλισμό που χαρακτηρίζει το πεδίο. Με τον συνάδελφο φυσικό και καλό φίλο, Θεμιστοκλή Χαλικιά, προσπαθήσαμε να μείνουμε μεταφραστικά πιστοί στο πνεύμα των δοκιμίων του Κάιζερ, ισορροπώντας ανάμεσα στο αίτημα για επιστημονική ακρίβεια και στη λογοτεχνική αξία των κειμένων. Ευελπιστούμε ότι η ελληνική έκδοση δεν υπολείπεται της ζωντάνιας, της εκφραστικότητας και της επιστημονικής πιστότητας του πρωτότυπου κειμένου. Με τον παρόντα τόμο, που αποτέλεσε μια φιλόδοξη πρωτοβουλία του εκδότη της Ροπής Πάνου Χαρίτου, το ελληνικό αναγνωστικό κοινό έχει την ευκαιρία να αναμετρηθεί με μια σπάνια ιστορική προσέγγιση της κβαντικής μηχανικής, ταξιδεύοντας σε δύο παράλληλους κόσμους που βρίσκονται σε ώσμωση: στον μικρόκοσμο από τη μία και στην πολιτικοκοινωνική πραγματικότητα της κλίμακας μας από την άλλη. Και στους δύο οι σκληρές αιτιοκρατικές σχέσεις όπως και οι αμετάκλητες απαντήσεις φαίνεται να έχουν εκλείψει.
Γρηγόρης Πανουτσόπουλος, Ιστορικός της Φυσικής, Υποψήφιος διδάκτορας του Τμήματος Ιστορίας και Φιλοσοφίας της Επιστήμης στο ΕΚΠΑ
Πρόλογος
Άλαν Λάιτμαν
Ηφυσική πάντα προσέλκυε αυτούς τους στοχαστές που υπό άλλες συνθήκες θα μπορούσαν να είχαν γίνει φιλόσοφοι ή μουσικοί. Ο Νεύτωνας. Ο Αϊνστάιν. Ο Χάιζενμπεργκ. Φθινόπωρο. Μια μυρωδιά πεσμένων φύλλων αναδύεται μέσα από ένα ανοιχτό παράθυρο. Καθόμαστε σ’ ένα μακρύ τραπέζι. Θα έλεγα πως είμαστε δεκατρείς. Ένας αναπληρωτής κοσμήτορας, δύο θεατρικοί σκηνοθέτες, δύο θεατρικοί συγγραφείς, ένας ή δύο οικονομολόγοι, μία ηθοποιός, η οποία συνεχώς άλλαζε εκφράσεις σαν να έφτιαχνε το μέικ-απ της σε καμαρίνι, και μερικοί φυσικοί. Ο Ντέιβιντ Κάιζερ καθόταν στη μια άκρη του τραπεζιού με το ντύσιμο και την προσοχή του να κόβουν όπως πάντα σαν ξυράφι. Ένας ακόμη φυσικός μπαίνει στο δωμάτιο και ζητάει συγγνώμη για την αργοπορία του. Συζητάμε για την χρηματοδότηση νέων θεατρικών έργων σχετικών με την επιστήμη, που θα ανέβουν σ’ ένα θέατρο σχετικά κοντά στον τόπο συνάντησής μας. Πρόκειται για μια ευτυχή σύγκρουση ανάμεσα στην επιστήμη και στην τέχνη, ανάμεσα στις ψυχρές εξισώσεις του Νεύτωνα και του Αϊνστάιν και τα σπαρακτικά δράματα των Τσέχωφ
μέσα στη χρονιά μαζευόμαστε εδώ για να μυηθούμε και να δοξάσουμε αυτόν τον κόσμο ανάμεσα στους κόσμους. Δε θα έπρεπε να προκαλεί εντύπωση ότι ο καθηγητής Κάιζερ βρίσκεται στη μια άκρη του τραπεζιού. Με σπουδές τόσο στη φυσική όσο και στην ιστορία της επιστήμης, με την πάροδο των ετών, έχει μετεξελιχθεί σ’ έναν πρώτης τάξεως αφηγητή, με τα άρθρα και τα βιβλία του να ιχνηλατούν όχι μόνο επιστημονικές ιδέες αλλά και τις προσωπικές ζωές των επιστημόνων καθώς και τις θεσμικές και πολιτισμικές δυναμικές που σχηματίζουν το τοπίο. Όλα τα παραπάνω εμφανίζονται και στα υπέροχα δοκίμια αυτού του βιβλίου. Και πάλι όμως. Γιατί κάθονται τόσοι πολλοί φυσικοί στο τραπέζι; Η φυσική προσπαθεί να περιορίσει την περιγραφή του κόσμου σε έναν μικρό αριθμό στοιχειωδών σωματιδίων και δυνάμεων –τα απολύτως απαραίτητα για την εξήγηση των πάντων εντός του φυσικού σύμπαντος. Θα επιχειρηματολογούσα πως ένα τέτοιου είδους εγχείρημα αντικατοπτρίζει μια βαθιά ανθρώπινη επιθυμία να μπει ο κόσμος σε μια τάξη, τόσο το έμψυχο όσο και το άψυχο κομμάτι του, και ως εκ τούτου υπερβαίνει τα μαθηματικά ιερογλυφικά του Νεύτωνα και του Αϊνστάιν. Οι ψυχολόγοι της σχολής Γκεστάλτ λένε πως οι άνθρωποι αναπόφευκτα προσπαθούμε να περιορίσουμε τον κόσμο σε μοτίβα που βγάζουν νόημα. Ίσως αυτή η προσπάθεια είναι που μας προστατεύει από την παραφροσύνη. Πάρτε τους αστερισμούς για παράδειγμα. Αν δούμε ένα τυχαίο
αρχαίοι Ινδοί χρησιμοποίησαν μόνο τρία: η φωτιά ήταν συνδεδεμένη με τα οστά και τον λόγο, το νερό με το αίμα και τα ούρα, η γη με τη σάρκα και τον νου. Πολύ απλά, αναζητούμε και κατασκευάζουμε μοτίβα. Η φυσική είναι η απόλυτη αποκρυστάλλωση αυτής της ανάγκης. Το ίδιο και η τέχνη. Ίσως γι’ αυτόν τον λόγο κάθονται τόσοι πολλοί φυσικοί σ’ αυτό το τραπέζι. Αν και αυτές οι διαφορετικές ανθρώπινες ανάγκες δουλεύουν από κοινού στην ψυχή μας, η σύγχρονη επιστήμη οφείλει μεγάλο μέρος της επιτυχίας της στη σύλληψη ενός ασώματου, απαθούς σύμπαντος εκεί έξω, στην οχύρωσή της ενάντια σε οτιδήποτε προσωπικό και ειδικότερα σε οτιδήποτε συναισθηματικό. Οι επιστήμονες που σχεδίασαν την πρώτη προσσελήνωση το 1969 υπολόγισαν πυραυλικές τροχιές και ωθήσεις έτσι ώστε το διαστημικό σκάφος και το φεγγάρι να βρίσκονταν στο ίδιο μέρος την ίδια στιγμή. Οι υπολογισμοί αυτοί δεν λάμβαναν υπόψη τη διάθεση των αστροναυτών ή οτιδήποτε σχετιζόταν με τις προσωπικές τους ζωές. Ένα στενά συνδεδεμένο ζήτημα: η επιστήμη υπό κανονικές συνθήκες δεν ασχολείται με την αφήγηση της δικής της (ανθρώπινης) ιστορίας των ανακαλύψεων. Υπό αυτή την έννοια, όπως και υπό άλλες, η επιστήμη διαχωρίζει τον εαυτό της από τον κλάδο των ανθρωπιστικών σπουδών. Το σώμα γνώσης των ανθρωπιστικών σπουδών θα μπορούσε να χαρακτηριστεί «οριζόντιο» –όλα τα σημαντικά έργα κάθε εποχής θεωρούνται εξίσου επίκαιρα και διαφωτιστικά. Τα έργα μιας περιόδου δεν αξιολογούνται ως ανώτερα κάποιας άλλης. Όταν μελετούμε φιλοσοφία, για παράδειγμα, μπορούμε να ξεκινήσουμε από τον Κομφούκιο, τον Πλάτωνα και τον Αριστοτέλη και να φτάσουμε μέχρι τον Νίτσε ή τον Μπέρτραντ
Ιλιάδα. Αντιθέτως, η επιστήμη είναι ένα «κάθετο» εγχείρημα. Οι θεωρίες, τα δεδομένα, οι γνώσεις κάθε αιώνα θεωρείται πως βελτιώνουν και αντικαθιστούν όσα γνωρίζαμε τους προηγούμενους αιώνες. Αν επιθυμούμε να προβλέψουμε τις τροχιές των πλανητών και άλλα βαρυτικά φαινόμενα, η θεωρία βαρύτητας του Αϊνστάιν πολύ απλά είναι περισσότερο ακριβής από εκείνη του Νεύτωνα. Τελεία και παύλα. Μια προπτυχιακή φοιτήτρια σε κάποια επιστημονική σχολή μελετά τα πιο πρόσφατα αποτελέσματα στον κλάδο της, πριν αρχίσει τη δική της έρευνα στην αιχμή της επιστήμης της. Δεν υπάρχει χρόνος και συχνά ούτε ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την ιστορία του εκάστοτε θέματος, η οποία πλέον βρίσκεται εγκαταλελειμμένη σε σκονισμένες στοίβες βιβλιοθηκών, δίπλα σε κεριά που χρησιμοποιούνταν για φωτισμό και λογαριθμικούς κανόνες για την πραγματοποίηση υπολογισμών. Το πανεπιστημιακό σύγγραμμά μου σχετικά με τη θερμότητα, με τίτλο Θερμική Φυσική, είναι γεμάτο εξισώσεις που περιγράφουν τη σύγχρονη αντίληψη της θερμότητας ως τυχαία κίνηση ατόμων και μορίων. Δεν υφίσταται ούτε μία λέξη στο βιβλίο για την παλαιότερη θεωρία της θερμότητας, που παρουσιαζόταν ως ρευστό και ονομαζόταν φλογιστό. Ούτε και για τη γλαφυρή ιστορία του Μπέντζαμιν Τόμσον (1753-1814), που ξεκίνησε τη ζωή του ως δάσκαλος στο Νιου Χάμσαιρ, αργότερα κατέφυγε στην Αγγλία μετά την πτώση της Βοστώνης στην Αμερικανική Επανάσταση
που αποκτά πολύ γρήγορα ένα όπλο από μπρούτζο καθώς τορνεύεται […] εξαιτίας της Τριβής δύο μεταλλικών επιφανειών». Σε αντίθεση με τη συνήθη εικόνα της επιστήμης ως ενός αφαιρετικού εγχειρήματος, τα δοκίμια αυτού του βιβλίου είναι γεμάτα από το ανθρώπινο δράμα και τα ιστορικά πλαίσια που συνοδεύουν την επιστημονική ανακάλυψη και γνώση. Η μυρωδιά των φύλλων και η συμφωνία των χρωμάτων τους, μου θυμίζουν πως οι ανθρώπινες αισθήσεις μας, όσο πλούσιες και να είναι, παρουσιάζουν μια παραπλανητική εικόνα για τον κόσμο –μια εικόνα η οποία έχει αναθεωρηθεί ριζικά από τη σύγχρονη φυσική. Πλέον γνωρίζουμε πως, σε αντίθεση με το πώς φαίνεται να έχουν τα πράγματα, η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της και ταξιδεύει μέσα στο διάστημα με μεγάλη ταχύτητα. Γνωρίζουμε πως, σε αντίθεση με το πώς φαίνεται να έχουν τα πράγματα, τρισεκατομμύρια ακτινών Χ, ραδιοκυμάτων και ακτινών γάμμα μας διαπερνούν κάθε δευτερόλεπτο, όλες τους αόρατες στα μάτια μας. Γνωρίζουμε πως, στον μικροσκοπικό κόσμο του ατόμου, σωματίδια συμπεριφέρονται σαν να μπορούν να βρίσκονται σε πολλά σημεία ταυτόχρονα, και, σαν να μη έφτανε αυτό, φαίνεται να μπορούν να επηρεάσουν το ένα το άλλο ακαριαία, παραβιάζοντας με αυτό τον τρόπο τις συνήθεις αντιλήψεις μας περί αιτίου και αποτελέσματος. Αυτές οι τελευταίες ανακαλύψεις αποτελούν το θέμα με το οποίο καταπιάνεται η κβαντική φυσική, που έχει κεντρική θέση στο νέο βιβλίο του Κάιζερ. Αν είμαστε υποχρεωμένοι να αμφισβητήσουμε την εγκυρότητα των αισθητηριακών μας αντιλήψεων, αν πρέπει να εγκαταλείψουμε τη
Εισαγωγή
«Μη γελάσεις», είχε σημειώσει ο φυσικός Πάουλ Έρενφεστ σε ένα μικρό κομμάτι χαρτιού. Παρευρισκόταν σ’ ένα επιστημονικό συνέδριο στις Βρυξέλλες μαζί με περίπου είκοσι κορυφαίους φυσικούς, στα τέλη του Οκτώβρη του 1927. Ενώ οι συνάδελφοί του μιλούσαν ο ένας μετά τον άλλο σχετικά με τις δυσκολίες που αντιμετώπιζαν στην κατανόηση της νέας κβαντικής θεωρίας, ο Έρενφεστ, σαν ζωηρό σχολιαρόπαιδο, είχε περάσει το σημείωμα στον φίλο του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Λίγο παρακάτω στο κομμάτι χαρτί, ο Αϊνστάιν είχε σημειώσει βιαστικά την απάντησή του. «Γελάω μόνο με την αφέλεια», έγραψε με τον γεμάτο καμπύλες γραφικό του χαρακτήρα. «Ποιος ξέρει ποιοι θα γελάνε στα χρόνια που έρχονται».1 Ακόμα θυμάμαι το σοκ που είχα νιώσει όταν βρήκα αυτά τα χειρόγραφα σημειώματα στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Είχα ταξιδέψει στη βιβλιοθήκη σπάνιων βιβλίων
0.1. Ο Πάουλ Έρενφεστ (αριστερά), ο γιός του, Πάουλ Έρενφεστ Τζούνιορ, και ο Άλμπερτ Αϊνστάιν χαλαρώνουν στην οικία Έρενφεστ στο Λέιντεν, τον Ιούνιο του 1920. (Πηγή: Wikimedia Commons.)
Βέρνερ Χάι-
ζενμπεργκ και ο Βόλφγκανγκ Πάουλι –αμφότεροι διανύοντες τη δεύτερη δεκαετία της ζωής τους– επέμεναν σε νέες ιδέες. Το όραμά τους για τον κόσμο ήταν στη βάση του πιθανοκρατικό και γεμάτο με αναπόφευκτους συμβιβασμούς για όσα θα ήλπιζαν να μάθουν οι φυσικοί, όπως είχε με τόλμη ισχυριστεί ο Χάιζενμπεργκ λίγους μήνες νωρίτερα, όταν εισήγαγε την πλέον περίφημη αρχή της απροσδιοριστίας. Ο Αϊνστάιν και ο Έρενφεστ, όντες και οι δύο λίγο πριν την ηλικία των πενήντα, εκτιμούσαν την οξυδέρκεια των νέων ιδεών αλλά διακατέχονταν από αμφιβολίες. Ο Αϊνστάιν, συγκεκριμένα, επρόκειτο σύντομα να αναδειχθεί σε έναν από τους πιο αιχμηρούς επικριτές της νέας κβαντομηχανικής, πιστεύοντας πως η θεωρία έκρυβε υπερβολικά πολλές αδυναμίες για να υποστηρίξει το ευρύ οικοδόμημα της θεωρητικής φυσικής.3 Παρ’ όλα αυτά, καθώς οι συναρπαστικές διαμάχες ξέφευγαν από τις τυπικές ομιλίες της αίθουσας συνεδριάσεων και προσέδιδαν ζωντάνια στα δείπνα των φυσικών στο παρακείμενο ξενοδοχείο, οι Αϊνστάιν και Έρενφεστ απάντησαν στις εν λόγω αβεβαιότητες με εκλεπτυσμένο χιούμορ. Πόσο μεγαλειώδης πρέπει να ήταν η διανοητική περιπέτεια την οποία φαίνονταν να απολαμβάνουν, καθώς αντάλλασσαν σημειώματα μεταξύ τους στα οποία κορόιδευαν τους συναδέλφους τους, δίχως να έχουν ιδέα για τη δυστοπία με την οποία σύντομα θα έρχονταν αντιμέτωποι. Λίγα χρόνια μετά τη συνάντηση στις Βρυξέλλες, ο Χίτλερ κατέλαβε την εξουσία στη Γερμανία, εξαναγκάζοντας τον Αϊνστάιν να εγκαταλείψει τη χώρα και να εγκατασταθεί στο Πρίνστον.
θεωρητική φυσική», εκμυστηρεύτηκε κάποτε σ’ έναν συνάδελφό του. «Αδυνατώ να διαβάσω το οτιδήποτε πλέον και νιώθω ανίκανος να συλλάβω στο ελάχιστο όσα βγάζουν νόημα στον χείμαρρο άρθρων και βιβλίων». Ανησυχούσε, επίσης, και για τον νεαρότερο γιο του, τον Βάσικ, ο οποίος είχε σύνδρομο Ντάουν. Οι επιστολές προς τους φίλους του απέπνεαν μια συνεχώς αυξανόμενη απελπισία. Πέντε χρόνια μετά τη συνάντησή τους στις Βρυξέλλες, ο Έρενφεστ έγραψε ένα νέο σημείωμα στον Αϊνστάιν. Επικεντρώθηκε στις «ακόμα πιο εξασθενημένες και στενάχωρες» απόπειρές του να βγάλει άκρη με τη νέα φυσική. Όμως, όλα αυτά τον ξεπερνούσαν· το σύνολο των αβεβαιοτήτων τον έκανε να νιώθει «απόλυτα εξαντλημένος από τη ζωή». Δεν ταχυδρόμησε ποτέ τη συγκεκριμένη επιστολή. Προσχέδιά της βρέθηκαν στα τέλη του Σεπτέμβρη του 1933, αφότου ο Έρενφεστ πυροβόλησε τον Βάσικ στην αίθουσα αναμονής του γιατρού του γιου του, πριν στρέψει το όπλο στον εαυτό του.4 * * * Ενώ έχει περάσει πολύς καιρός από τις ενδελεχείς και ζωηρές συζητήσεις στη συνάντηση των Βρυξελλών το 1927, η κβαντομηχανική παραμένει στο επίκεντρο της περιγραφής των επιστημόνων για τη φύση. Ακόμα και μετά από όλα αυτά τα χρόνια, οι φυσικοί δεν έχουν καταφέρει να εντοπίσουν ούτε μία περίπτωση στην οποία οι θεωρητικές προβλέψεις
τική ακτή του Μαρόκου. Από το επίπεδο της θάλασσας, η Λα Πάλμα μοιάζει σαν ένας αρχετυπικός τροπικός παράδεισος, γεμάτη φοινικόδεντρα να ανεμίζουν στο απαλό αεράκι με όλη τη χάρη μιας καρτ ποστάλ από τη Χαβάη. Αγουροξυπνημένος και νυσταγμένος από τις νυχτερινές μου πτήσεις –απ’ τη Νέα Υόρκη στη Μαδρίτη και από ένα ακόμα ταξίδι αρκετών ωρών μέχρι τη Λα Πάλμα– κατάφερα να συναντήσω τον συνάδελφό μου, Άντον Τσάιλινγκερ, έναν διακεκριμένο φυσικό, ο οποίος είχε χτίσει την καριέρα του σχεδιάζοντας ολοένα και πιο έξυπνα πειράματα για να ελέγξει τις πιο παράξενες ιδιότητες της κβαντικής θεωρίας. Σε πείσμα των δικών του πολύωρων ταξιδιών εκείνο το πρωινό, ο Άντον έμοιαζε εύθυμος όσο ποτέ (απ’ όσο τον γνωρίζω, ο Άντον είναι πάντα εύθυμος, σε οποιαδήποτε ήπειρο και χρονική ζώνη). Ο Άντον παρέλαβε τα κλειδιά ενός ενοικιαζόμενου οχήματος και ανεβήκαμε οδικώς το βουνό μέχρι το Αστεροσκοπείο Ρόκε ντε λος Μουτσάτσος. Πολύ σύντομα, τα φοινικόδεντρα έδωσαν τη θέση τους σε καχεκτικούς θάμνους, καθώς οδηγούσαμε στον στενό δρόμο που έφτανε σε υψόμετρο σχεδόν δυόμισι χιλιομέτρων. Ενώ πλησιάζαμε στα ταπεινά γραφεία του αστεροσκοπείου με το αυτοκίνητό μας, ο ειδυλλιακός γαλανός ουρανός που μας είχε καλωσορίσει στο αεροδρόμιο μετατράπηκε σε μια μαινόμενη, παγερή χαλαζοθύελλα. Στο αστεροσκοπείο συναντήσαμε περίπου δώδεκα μέλη της ομάδας, που οι περισσότεροι εξ αυτών ήταν νεαροί μεταπτυχια-
Εικόνα 0.2. Στον λόφο στο βάθος φαίνεται ο μεταλλικός θόλος του Σκανδιναβικού Οπτικού Τηλεσκοπίου το οποίο ανήκει στο Αστεροσκοπείο Ρόκε ντε λος Μουτσάτσος της Λα Πάλμα στις Κανάριες Νήσους. Αριστερά από τον θόλο του τηλεσκοπίου διακρίνεται ένα ορθογώνιο κοντέινερ, το οποίο αποτέλεσε και το αυτοσχέδιο εργαστήριό μας κατά τη διάρκεια του Κοσμικού Πειράματος Μπελ τον Ιανουάριο του 2018. Για το σύντομο διάστημα που κράτησαν οι παρατηρήσεις μας, βρεθήκαμε αντιμέτωποι με τσουχτερό κρύο, βροχή και περιστασιακές χαλαζοπτώσεις. (Πηγή: Φωτογραφία του Calvin Leung.)
ρανοί πάνω από τη Λα Πάλμα επιτέλους καθάρισαν και ήμασταν σε θέση να διεξαγάγουμε το νέο μας πείραμα. Μέσα σε λίγες ώρες είχαμε ορισμένα πρώιμα αποτελέσματα στα χέρια μας. Έπειτα από λίγες εβδομάδες προσεκτικών υπολογισμών, μπορούσαμε να επιβεβαιώσουμε πως το τελευταίο μας πείραμα, όπως και όλα τα άλλα πριν από αυτό, παρήγαγε αποτελέσματα, τα οποία ήταν απόλυτα ευθυγραμμισμένα με τις προβλέψεις τις κβαντομηχανικής –και ως εκ τούτου αντέφασκαν με εκείνα που ο Αϊνστάιν πίστευε πως θα προέκυπταν από τέτοιου είδους πειράματα. Το πείραμά μας στην κορυφή του βουνού εξαρτιόταν από όργανα τα οποία ο ίδιος ο Αϊνστάιν δεν πρόλαβε να δει όσο ζούσε: τηλεσκοπικά κάτοπτρα διαμέτρου τεσσάρων μέτρων γυαλισμένα στην εντέλεια, ένα λέιζερ υψηλής ενέργειας, ανιχνευτές μοναδικών φωτονίων διόδου χιονοστιβάδας και κυκλώματα συγχρονισμού για τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό μας, ρυθμισμένα με ακρίβεια νανοδευτερολέπτου από ατομικά ρολόγια.5 Είχαμε επιστρατεύσει αυτά τα σύγχρονα εργαλεία για να ελέγξουμε ιδέες, οι οποίες χρονολογούνταν από τη συνάντηση του 1927 στις Βρυξέλλες. Δεν μπορούσα παρά να αναρωτηθώ πώς θα έμοιαζαν οι πρόσφατες αυτές προσπάθειές μας στους μεγάλους πρωταγωνιστές της κβαντικής θεωρίας, που είχαν συναντηθεί τόσα χρόνια πριν για να συζητήσουν και αντιπαρατεθούν μεταξύ τους.
εμάς –συμπεριλαμβανομένων των σημερινών επιστημόνων, του Αϊνστάιν και των συναδέλφων του– παραμένει αναπόδραστα ενσωματωμένος σ’ έναν χρόνο κι έναν χώρο. Οι επιστήμονες είναι βυθισμένοι στις ιδιαιτερότητες του κόσμου κάθε στιγμή που περνά, παρά το γεγονός ότι πολλοί απ’ αυτούς ονειρεύονται πως ξεπερνούν την τυχαιότητα της ιστορίας. Οι ιδιαιτερότητες του χώρου και του χρόνου μπορούν να κατευθύνουν την επιστημονική έρευνα με πολλούς τρόπους, σε πολλαπλές κλίμακες. Στην κλίμακα του μεμονωμένου ατόμου, εμπόδια στη ζωή κάποιου μπορούν να έχουν ως αποτέλεσμα μοναχικούς στοχαστές, όπως τον Πολ Ντιράκ ή τον ηρωικά επίμονο Στίβεν Χόκινγκ. Οι δυνάμεις που δρουν σε μεγαλύτερες κλίμακες, από τις αλλαγές σε συγκεκριμένους θεσμούς μέχρι τις γεωπολιτικές τομές, σχηματίζουν και αυτές την επιστημονική έρευνα. Απ’ όταν οι Έρενφεστ και Αϊνστάιν αντάλλαξαν τα παιχνιδιάρικα σημειώματά τους στις Βρυξέλλες, σχεδόν έναν αιώνα πριν, η ιστορία της φυσικής και οι φυσικοί έχουν υποστεί ριζικούς μετασχηματισμούς από αυτού του είδους τις δυνάμεις ξανά και ξανά: την άνοδο του Ναζισμού, τον κατακλυσμιαίο παγκόσμιο πόλεμο, τους ατελείωτους σχεδιασμούς της ακροσφαλούς πυρηνικής διπλωματίας κατά τη διάρκεια του Ψυχρού Πολέμου και τον απότομο τρόπο με τον οποίο έληξε ο τελευταίος. Εκ των υστέρων, μπορούμε να ιχνηλατήσουμε πώς τέτοιου είδους σημεία καμπής έδωσαν ώθηση σε αναπάντεχες ανακαλύψεις σχετικά με τον φυσικό κόσμο αλλά και πώς περιόρισαν τους ορίζοντες μεμονωμένων ατόμων. Έχοντας γοητευθεί
κές, έχω θέσει ως κύριο στόχο στα γραπτά μου να ανακατασκευάσω την τεθλασμένη πορεία που ακολούθησε η έρευνα της φυσικής κατά τη διάρκεια του τελευταίου αιώνα, εστιάζοντας στην εκπαίδευση των επιστημόνων. Πώς συγκεκριμένες προσεγγίσεις κατέληξαν να θεωρούνται αποδεκτές για τους ερευνητές και τους φοιτητές τους σε συγκεκριμένους χρόνους και τόπους; Πώς γενιές νεαρών φυσικών έχουν μάθει να θέτουν ερωτήματα και να κρίνουν αποτελέσματα και πώς έχουν μετατοπιστεί αυτές οι μέθοδοι –ενίοτε ανεπαίσθητα, άλλοτε με μεγάλους δρασκελισμούς– από το ένα περιβάλλον στο άλλο; Η διδασκαλία, η εκπαίδευση, το δύσκολο έργο που απαιτεί η διαμόρφωση κάποιου είδους κοινής κατανόησης ανάμεσα σε μεμονωμένα άτομα που απέχουν ολόκληρες γενιές μεταξύ τους, είναι η «κβαντική κληρονομιά» στην οποία αναφέρομαι στον τίτλο του βιβλίου. Ορισμένες πτυχές αυτής της κληρονομιάς γίνονται περισσότερο αντιληπτές εστιάζοντας στις προσπάθειες συγκεκριμένων ατόμων και στις ανταλλαγές απόψεων εντός μικρών συναδελφικών κύκλων· άλλες καθίστανται πιο σαφείς μέσα από την εξέταση νέων μηχανημάτων, όπως οι πρώτοι προγραμματιζόμενοι, ηλεκτρονικοί υπολογιστές ή οι τεράστιοι επιταχυντές σωματιδίων, όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (Large Hadron Collider ή LHC). Με συναρπάζουν ιδιαίτερα τα διδακτικά συγγράμματα
αναπόφευκτες αβεβαιότητες του κοινωνικού και πολιτικού κόσμου. Αν και τα περιβάλλοντα τα οποία αφορούν τα δοκίμια εντοπίζονται σε πολλά και διαφορετικά σημεία του χώρου και του χρόνου, πολλά από αυτά εστιάζουν στις εξελίξεις που έλαβαν χώρα στις ΗΠΑ κατά τη διάρκεια του Ψυχρού Πολέμου. Η μοίρα των φυσικών εκείνη την περίοδο παλινδρομούσε ανάμεσα σε περιόδους ευημερίας και περιόδους ανέχειας. Η αστείρευτη αισιοδοξία που αναδύθηκε στα πρώτα μεταπολεμικά έτη αντισταθμιζόταν, για κάποιους, από τα άγχη της αντικομμουνιστικής υστερίας του Μακαρθισμού. Τεράστια νέα επιστημονικά εργαλεία επαναδιαμόρφωσαν τον διανοητικό ορίζοντα των φυσικών –με ορισμένα εξ αυτών να αποτελούν εξοπλισμό που προερχόταν από τα γιγαντιαία ερευνητικά προγράμματα του Πολέμου και άλλα να χρηματοδοτούνται από μια γενναιόδωρη ομοσπονδιακή κυβέρνηση και συγκεκριμένα από τα στρατιωτικά της παρακλάδια. Ένας χείμαρρος από ενθουσιώδεις νέους φοιτητές εισήλθε στον κλάδο, καθιστώντας τη φυσική την ταχύτερα αναπτυσσόμενη ακαδημαϊκή εξειδίκευση όλης της Αμερικανικής ανώτατης εκπαίδευσης. Όμως, στη συνέχεια ακολούθησαν χαώδεις ανατροπές. Η πρώτη προέκυψε στις αρχές της δεκαετίας του 1970, όταν η μακρόχρονη και επίπονη εμπλοκή των ΗΠΑ στον Πόλεμο του Βιετνάμ συνδυάστηκε με την πολιτική της μείωσης της έντασης, τον στασιμοπληθωρισμό και τις ριζικές περικοπές στους προϋπολογισμούς της εκπαίδευσης και της εθνικής άμυνας. Μια άλλη έκανε την εμφάνισή της μετά τη διάλυση της Σοβιετικής Ένωσης, στις αρχές της