Με τον βραβευμένο με Νόμπελ φυσικό Ντέιβιντ Γκρος, μίλησε το Live Science, σχετικά με την προσπάθεια ενοποίησης των θεμελιωδών δυνάμεων της φύσης και το γιατί η ανθρωπότητα ίσως «να μην ζήσει για να δει μια τέτοια θεωρία».
Όταν ο θεωρητικός φυσικός Ντέιβιντ Γκρος ήταν 13 ετών, έλαβε ένα αντίτυπο ενός δημοφιλούς επιστημονικού βιβλίου, «The Evolution of Physics» (Cambridge University Press, 1938), υπογεγραμμένο από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Το βιβλίο, το οποίο είχε συγγράψει και ο ίδιος ο Αϊνστάιν, οδήγησε τον Γκρος σε ένα «ταξίδι» που τελικά συνέβαλε στην απάντηση ενός ερωτήματος που βασάνιζε τους φυσικούς σωματιδίων για χρόνια: αν τα συστατικά μέρη των πρωτονίων και των νετρονίων, που ονομάζονται κουάρκ, μπορούν να διαχωριστούν.
Η προκύπτουσα αρχή της ασυμπτωτικής ελευθερίας, την οποία ανέπτυξε μαζί με τους Φρανκ Βίλτσεκ και Χ. Ντέιβιντ Πολίτζερ, απέδειξε ότι οι δυνάμεις μεταξύ των κουάρκ εξασθενούν όταν αυτά πλησιάζουν μεταξύ τους και ενισχύονται όταν απομακρύνονται. Η ασυμπτωτική ελευθερία έγινε μέρος ενός ευρύτερου μοντέλου που ονομάζεται κβαντική χρωμοδυναμική και άνοιξε τον δρόμο για την ενοποίηση της ισχυρής, της ασθενούς και της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, ολοκληρώνοντας το Καθιερωμένο Πρότυπο της φυσικής σωματιδίων. Οι τρεις τους τιμήθηκαν με το Νόμπελ Φυσικής για το έργο τους το 2004.
Τις τελευταίες δεκαετίες, ο Γκρος έχει μετατοπιστεί στην ανάπτυξη θεωριών που θα μπορούσαν να ενοποιήσουν την τέταρτη δύναμη — τη βαρύτητα — με τις άλλες τρεις. Ο Γκρος τιμήθηκε πρόσφατα με το Ειδικό Βραβείο Breakthrough στη Θεμελιώδη Φυσική, σε αναγνώριση της συνολικής του προσφοράς.
Το Live Science μίλησε με τον Γκρος για τη ζωή και το έργο του, για το τι βρίσκεται στον πυρήνα του ατόμου, γιατί είναι τόσο δύσκολη η ενοποίηση των τεσσάρων θεμελιωδών δυνάμεων και γιατί θεωρεί ότι το βασικό εμπόδιο δεν είναι η επιστήμη αλλά ο χρόνος που απομένει στην ανθρωπότητα στη Γη.
Τία Γκος: Πείτε μου αρχικά πώς ενδιαφερθήκατε για τη φυσική.
Ντέιβιντ Γκρος: Πάντα ήμουν καλός και απολάμβανα να λύνω μαθηματικούς γρίφους. Κάποια στιγμή έλαβα ένα δώρο από έναν φίλο της οικογένειας, που έτυχε να είναι αδελφός του Λέοπολντ Ίνφελντ, ο οποίος είχε συνεργαστεί με τον Αϊνστάιν σε ένα δημοφιλές επιστημονικό βιβλίο. Ο τίτλος του είναι «The Evolution of Physics».
Μαγνητίστηκα πραγματικά από αυτό το βιβλίο. Τότε συνειδητοποίησα ότι οι μαθηματικοί γρίφοι είναι πολύ πιο ενδιαφέροντες όταν εφαρμόζεις τα μαθηματικά στον πραγματικό κόσμο και κάπως αποφάσισα να γίνω θεωρητικός φυσικός. Μόλις αποφασίσεις ότι θέλεις να ασχοληθείς με τη θεωρητική φυσική, η πορεία είναι ευθεία· δεν είναι ιδιαίτερα περίπλοκη: πρέπει να μάθεις μαθηματικά, πρέπει να μάθεις φυσική· έχεις μακρύ δρόμο μέχρι να φτάσεις στα όρια της γνώσης. Και έτσι ήταν μια πρώιμη και σοφή απόφαση.
Τ.Γ.: Νιώθετε ότι φτάσατε στα όρια της γνώσης;
Ν.Γ.: Ω ναι — και ακόμα παραπέρα!
Τ.Γ.: Το 2004 κερδίσατε το Νόμπελ Φυσικής για την ανάπτυξη της θεωρίας της ασυμπτωτικής ελευθερίας. Μπορείτε να μας πείτε γι’ αυτό;
Ν.Γ.: Όταν ξεκίνησα το μεταπτυχιακό μου, οι θεωρητικοί δεν είχαν ουσιαστικά καμία ένδειξη, καμία βαθιά κατανόηση για το τι συνέβαινε μέσα στον πυρήνα του ατόμου.
Λίγο μετά την αποφοίτησή μου, πήγα για μεταδιδακτορική έρευνα από το Μπέρκλεϊ στο Χάρβαρντ, όπου γίνονταν εξαιρετικά πειράματα. Στόχος ήταν να εκτοξεύσουν ηλεκτρόνια, που κατανοούμε πολύ καλά, πάνω σε πρωτόνια σε πολύ υψηλές ενέργειες. Ουσιαστικά να δημιουργήσουν ένα «μικροσκόπιο» που να βλέπει μέσα στο πρωτόνιο.
Τα πειράματα αυτά ήταν πολύ εντυπωσιακά και έδειχναν ότι το πρωτόνιο αποτελείται από σωματίδια σημειακής μορφής, χωρίς δομή. Αυτό είχε παρατηρηθεί σε πολύ μικρές αποστάσεις και χρόνους και ήταν αρκετά μυστηριώδες.
Εργαζόμουν πάνω σε αυτό, κάνοντας προβλέψεις με βάση διάφορες τολμηρές υποθέσεις. Φαινόταν ότι αυτά τα σωματίδια ταίριαζαν με τα λεγόμενα κουάρκ, που είχαν αρχικά προταθεί ως μαθηματικές οντότητες για να εξηγήσουν τα πρότυπα των σωματιδίων.
Όμως τα πειράματα έδειξαν ότι ήταν πραγματικά και ότι κινούνταν σχεδόν ελεύθερα — κάτι που δεν είχε νόημα, γιατί τότε θα μπορούσαν εύκολα να αποσπαστούν από το πρωτόνιο. Κανείς δεν είχε δει ποτέ κουάρκ.
Αυτό με οδήγησε σε εμμονή, που κατέληξε στην ανακάλυψη της ασυμπτωτικής ελευθερίας και της κβαντικής χρωμοδυναμικής.
Η δύναμη εξασθενεί όταν πλησιάζουν και ενισχύεται όταν απομακρύνονται, ίσως τόσο ώστε να μην μπορούν ποτέ να διαχωριστούν.
Αυτό αποτέλεσε καθοριστική στιγμή για τη θεωρία της ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Την ίδια περίοδο, στις αρχές της δεκαετίας του ’70, αναπτυσσόταν και η θεωρία της ασθενούς πυρηνικής δύναμης. Μέχρι τα μέσα/τέλη της δεκαετίας, ολοκληρώθηκε το Καθιερωμένο Πρότυπο της φυσικής σωματιδίων.
Τ.Γ.: Εκεί ενώθηκαν τρεις δυνάμεις, αλλά μένει η βαρύτητα, σωστά;
Ν.Γ.: Δεν μπορούσα να προχωρήσω αμέσως. Η κβαντική χρωμοδυναμική είναι μια βαθιά και περίπλοκη θεωρία που συνεχίζεται μέχρι σήμερα.
Υπάρχουν ακόμη πολλά ανοιχτά ερωτήματα. Κουράστηκα γιατί ήταν δύσκολο και δεν μπορούσα να το λύσω πλήρως.
Επιπλέον, υπήρχαν ενδείξεις ότι σε ακραίες ενέργειες το μοντέλο αποτυγχάνει λόγω της βαρύτητας. Αυτό μας οδήγησε στην ιδέα της ενοποίησης όλων των δυνάμεων, μέσω της θεωρίας χορδών, με την οποία ασχολούμαι έκτοτε.
Τ.Γ.: Μπορείτε να εξηγήσετε τη θεωρία χορδών;
Ν.Γ.: Τα ερωτήματα είναι ακόμη πιο φιλόδοξα. Η βαρύτητα, σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, αφορά τη δυναμική του χωροχρόνου.
Αρχίζουμε να κατανοούμε ότι ίσως χρειαστεί να αναθεωρήσουμε την έννοια του χωροχρόνου: από τι αποτελείται, πώς συμπεριφέρεται σε μικρές αποστάσεις και πώς εξελίχθηκε το σύμπαν.
Δεν κατανοούμε πλήρως ούτε την αρχή του σύμπαντος — εκεί καταρρέουν όλες οι θεωρίες μας. Ωστόσο, η θεωρία χορδών παραμένει η καλύτερη ελπίδα.
Τ.Γ.: Είναι δύσκολο να δοκιμαστούν αυτές οι θεωρίες πειραματικά;
Ν.Γ.: Πολύ δύσκολο. Όπως παλιά με τα άτομα — δεν μπορούσαν να τα παρατηρήσουν άμεσα.
Η επιστήμη προχωρά με αυτόν τον τρόπο: οι θεωρίες επιβεβαιώνονται αργότερα. Όμως εδώ μιλάμε για εξαιρετικά μικρές κλίμακες.
Τ.Γ.: Δηλαδή την κλίμακα Πλανκ;
Ν.Γ.: Ναι, όπου η βαρύτητα γίνεται πολύ ισχυρή και ίσως η έννοια του χώρου παύει να έχει νόημα.
Ο χώρος είναι μια ανθρώπινη κατασκευή για να κατανοούμε τον κόσμο, αλλά ίσως είναι απλώς μια προσέγγιση.
Τ.Γ.: Πιστεύετε ότι σε 50 χρόνια θα έχουμε ενοποιημένη θεωρία;
Ν.Γ.: Πιστεύω ότι οι πιθανότητες να ζείτε σε 50 χρόνια είναι πολύ μικρές.
Λόγω του κινδύνου πυρηνικού πολέμου, ο «μέσος χρόνος» είναι περίπου 35 χρόνια.
Τ.Γ.: Γιατί το πιστεύετε αυτό;
Ν.Γ.: Είναι μια εκτίμηση. Παλαιότερα υπήρχε 1% πιθανότητα ετησίως. Τώρα είναι χειρότερα — ίσως 2%.
Αυτό σημαίνει περίπου 35 χρόνια αναμενόμενης διάρκειας μέχρι ένα τέτοιο γεγονός.
Τ.Γ.: Τι μπορεί να γίνει;
Ν.Γ.: Υπάρχουν απλά μέτρα: διάλογος μεταξύ κρατών, συμφωνίες.
Σήμερα δεν υπάρχουν συμφωνίες, υπάρχει νέα κούρσα εξοπλισμών, πολλαπλές πυρηνικές δυνάμεις και αυξανόμενες εντάσεις.
Τ.Γ.: Θα καταργηθούν ποτέ τα πυρηνικά;
Ν.Γ.: Είναι ιδανικό αλλά δύσκολο. Αν όχι, υπάρχει πάντα κίνδυνος — ακόμα και από τεχνητή νοημοσύνη (AI) στο μέλλον.
Οι πιθανότητες να επιβιώσει η ανθρωπότητα 100 ή 200 χρόνια είναι πολύ μικρές.
Ίσως αυτό εξηγεί γιατί δεν βλέπουμε άλλους πολιτισμούς: αυτοκαταστρέφονται.
Πλέον με απασχολεί περισσότερο η επιβίωση της ανθρωπότητας παρά η πρόοδος της γνώσης.
Τ.Γ.: Ο κόσμος σήμερα είναι πιο χαοτικός;
Ν.Γ.: Υπάρχουν περισσότερες πυρηνικές δυνάμεις, λιγότερες συμφωνίες και αυξανόμενη αυτοματοποίηση.
Η τεχνητή νοημοσύνη ίσως αναλάβει κρίσιμες αποφάσεις, αλλά μπορεί να κάνει λάθη.
Τ.Γ.: Μπορούν οι πολίτες να κάνουν κάτι;
Ν.Γ.: Όπως με την κλιματική αλλαγή, μπορούν.
Τα πυρηνικά είναι ανθρώπινο δημιούργημα — άρα μπορούμε και να τα σταματήσουμε.