20. stoljeće - Kvantna teorija polja i fizika elementarnih čestica
Puno je nagrada podijeljeno da bi se pokazalo
kako svemir nije tako jednostavan kako smo mislili.
Stephen W. Hawking, Kratka povijest vremena |
|
Razvoj je kvantne mehanike dvadesetih godina 20. st. potaknuo nastanak nekoliko novih područja fizike i kemije utemeljenih na kvantnomehaničkim spoznajama. Njemački fizičari Walter Heinrich Heitler (1904. – 1981.) i Fritz Wolfgang London (1900. – 1954.) 1927. godine izvode kvantnomehanički proračun kovalentnih veza vodikove molekule, čime utemeljuju kvantnu kemiju. Njezinu razvoju kasnije doprinose poznati nobelovac kemičar Linus Pauling i mnogi drugi. Tih godina nastaje i tzv. kvantna teorija polja, odnosno teorijski okvir za konstruiranje kvantnomehaničkih modela sustava koji se klasično opisuju kao sustavi mnoštva čestica. Kvantna se teorija polja koristi u fizici elementarnih čestica i fizici čvrstoga stanja. Pionirima se ovoga područja smatraju vrhunski teoretičari fizike Paul Adrien Maurice Dirac (1902. – 1985.), Wolfgang Ernst Pauli (1900. – 1958.) i Victor Frederick Weisskopf (1908. – 2002.).
 Engleski je fizičar Paul Adrien Maurice Dirac jedan od najvećih umova fizike svih vremena. On je 1928. godine sjedinio teoriju relativnosti i kvantnu mehaniku postavivši relativističku valnu jednadžbu elektrona, danas poznatu kao Diracova jednadžba.
/.../ Uspjeh je bio golem. Iako Dirac nije ništa posebno pretpostavio o strukturi elektrona, njegova je teorija automatski pokazivala magnetna svojstva elektrona i finu strukturu spektralnih linija. /.../ Prema tadašnjem je znanju postojala stanovita nejednakost između negativnoga i pozitivnoga elektriciteta. Dok se negativni javlja u obliku lakih elektrona, pozitivni je vezan uz teške protone. Iz Diracove valne jednadžbe izveo se uskoro zaključak da takva nejedankost ne postoji uistinu u prirodi, nego je tek lokalni slučaj u svemiru. Prema Diracu, postoje pored elektrona iste takve čestice pozitivnog naboja. Te čestice koje sliče elektronima kao jaje jajetu, a imaju pozitivan naboj, nazvane su pozitronima. No Dirac nije ostao pri tome da poveća broj elementarnih čestica. Kada je postavio hipotezu o pozitronu, imao je jednu od najsmjelijih misli koje su se rodile u povijesti fizike.
(Ivan Supek, Povijest fizike)
 Diracova je teorija osim spina i pozitrona predviđala i tvorbu parova čestica i antičestica. Eksperimentalna se potvrda teorije dogodila 1932. godine kada je američki fizičar Carl David Anderson (1905. – 1991.) magličastom komorom detektirao pozitrone u kozmičkim zrakama, i za to otkriće 1936. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku. Postojanje su antimaterije, tj. pozitrona, a nešto kasnije i tvorbu parova čestica–antičestica, potvrdili Patrick Maynard Stuart Blackett (1897. – 1974.) i Giuseppe Occhialini (1907. – 1993.).
I jedan je hrvatski fizičar pridonio spoznajama o antimateriji: u Zagrebu je 1934. godine Stjepan Mohorovičić (1890. – 1980.), sin geofizičara Andrije Mohorovičića, pretpostavio da postoji vezano stanje elektrona i pozitrona, kasnije nazvano pozitronijem. Njegovo je postojanje 1951. godine eksperimentalno potvrdio Martin Deutsch (1917. – 2002.).
Diracova je teorija 1955. godine potvrđena i otkrićem negativnoga protona, tj. antiprotona. Ovo su otkriće objavili i za njega 1959. godine dobili Nobelovu nagradu znanstvenici sa sveučilišta Berkeley Emilio Gino Segrè (1905. –1989.) i Owen Chamberlain (1920. – 2006.).
Dirac je među kolegama bio poznat po svojoj pedantnoj i šutljivoj naravi. Kada se u jednoj prilici Bohr žalio kako nije znao dovršiti rečenicu u znanstvenom radu koji je pisao, Dirac je komentirao: „Mene su u školi učili da nikad i ne započinjem rečenice koje ne znam završiti". |
Značaj se Diracove teorije očituje i u novom konceptu prostora.
/.../ Dirac odbacuje predodžbu vakuuma kao apsolutnoga ništa. Ta je predodžba dopuštena samo tako dugo dok se ostaje u okvirima nerelativističke kvantne teorije, pa se ispusti iz vida duboka srodnost svjetlosti i elementarnih čestica. Uistinu, i sam vakuum ima složenu prirodu. I prazan prostor gdje nema čestica i polja još uvijek nije „ništa. /…/ Diracovo shvaćanje vakuuma razrješuje staru suprotnost punoga i praznoga, koja je živo zanimala grčke filozofe. Danas više ne postavljamo metafizički jaz između atoma, koji jedino postoje, i praznoga prostora, koji nije ništa. Čini se da se čitava suvremena teorija razvija prema tom višem jedinstvu, gdje elementarne čestice dobivaju smisao tek u zajednici s čitavim prostorom.
(Ivan Supek, Povijest fizike)
Dirac je ovako kritizirao Oppenheimerovo zanimanje za poeziju: „Znanosti je cilj da teško razumljive stvari učini razumljivima, a poeziji je cilj da jednostavne stvari predstavi u nerazumljivu obliku. Zato su znanost i poezija nekompatibilne“. |
|
|
|
