Περί μάζας

ΑΠΟ ΤΙΣ ΦΥΣΙΚΟΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ

Του Χρήστου Λάσκου*

ΓΙΑΝΝΗΣ ΗΛΙΟΠΟΥΛΟΣ, Η προέλευση της μάζας, μετάφραση: Πέτρος Δήτσας, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, σελ. 160

Εάν ο Θεός δημιούργησε τον κόσμο, τότε σίγουρα το κύριο μέλημά του δεν ήταν

να τον φτιάξει έτσι ώστε να μπορούμε να τον κατανοήσουμε εύκολα

ΑΛΜΠΕΡΤ ΑΪΝΣΤΑΙΝ

Το παράθεμα που προηγείται αντιστοιχεί, νομίζω, στην κοινή άποψη για την Φυσική. Πράγματι, για τους περισσότερους, η κατανόηση της θεμελιώδους πραγματικότητας, που αναπαριστά η επιστήμη, είναι μια πολύ δύσκολη υπόθεση. Και όχι μόνο λόγω των εξαιρετικά υψηλών μαθηματικών απαιτήσεων. Είναι, ακόμη και για όσους έχουν ειδικές σπουδές, έντονη η αίσθηση πως κάτι πολύ θεμελιώδες μας διαφεύγει, μ’ όλο που αυτό που ονομάζεται Καθιερωμένο Πρότυπο είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό στην περιγραφή -κι εξήγηση πολλές φορές- όσων συμβαίνουν στην «καρδιά του Πράγματος» σύμφωνα με μια διάσημη διατύπωση του Φρανκ Γουίλτσεκ[1].

Πολύ περισσότερο που αυτή η αίσθηση προκύπτει ακόμη και σε σχέση με τα πλέον κοινά μεγέθη. Αυτό της μάζας, για παράδειγμα.

Ο Ηλιόπουλος, διεθνώς κορυφαίος ερευνητής για πολλές δεκαετίες στον τομέα της σωματιδιακής Φυσικής, με το βιβλίο του μας δίνει μια πολύτιμη δυνατότητα να προσεγγίσουμε τα καταστατικά προβλήματα, που τίθενται σχετικά με τη μάζα, στο πλαίσιο του σημερινού επιπέδου της γνώσης μας.

Η 4η Ιουλίου 2012 είναι μια εμβληματική ημέρα στην πρόσφατη ιστορία της Φυσικής. Είναι η μέρα που ανακοινώθηκε, από τους εκπροσώπους του CMS και του ATLAS, των δύο κυριότερων πειραμάτων, που διενεργούνταν επί χρόνια στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), κοντά στη Γενεύη, η ανακάλυψη ενός νέου -και από πολύ αναμενόμενου- σωματιδίου, συνδεδεμένου με το μηχανισμό, μέσω του οποίου «εμφανίστηκε η μάζα στον κόσμο». Επρόκειτο για το περίφημο σωματίδιο Higgs (ο Ηλιόπουλος προτιμάει να το ονομάζει σωματίδιο BEH, αποδίδοντας την αρμόζουσα τιμή και στους Brout και Englert, οι οποίοι συνέβαλλαν εξίσου με τον Higgs στην θεωρητική πρόβλεψή του), με το οποίο ασχολήθηκαν τα πρωτοσέλιδα όλου του κόσμου τότε, αναφερόμενα συχνά στο «σωματίδιο του Θεού».

Η ανακάλυψή του έχει πραγματικά καθοριστική σημασία, στο μέτρο που ο μηχανισμός και το πεδίο, με το οποίο συνδέεται, εξηγεί το λόγο που τα στοιχειώδη σωματίδια, μηδενικής μάζας μέχρι τα 10-11 δευτερόλεπτα από την «στιγμή» της Μεγάλης Έκρηξης, με την οποία «ξεκίνησε» το Σύμπαν μας, απέκτησαν έκτοτε τις μάζες, που σήμερα τους αποδίδουμε -με την εξαίρεση του φωτονίου, που παραμένει μηδενικής μάζας.

Η ιδέα, με «απλοϊκό» τρόπο δοσμένη είναι περίπου η εξής: από τη στιγμή που εμφανίστηκε το «πεδίο Higgs», τα σωματίδια -κουάρκ, ηλεκτρόνια, κ.λπ.- λόγω της αλληλεπίδρασης μαζί του απέκτησαν τη μάζα τους. Ως γνωστόν, η μάζα εκφράζει την αντίσταση, που προβάλλει ένα σώμα, στην προσπάθεια μεταβολής της κινητικής του κατάστασης. Αν σκεφτούμε το «πεδίο Higgs» ως μια συμπαντικής κλίμακας θάλασσα, τα σωματίδια που κινούνται στο εσωτερικό του αποκτούν μάζα ανάλογη με την ένταση της αλληλεπίδρασής τους με το πεδίο. Όσα κινούνται «σαν να βρίσκονται σε ένα παχύρρευστο υγρό», που «εμποδίζει» την κίνησή τους, έχουν μεγαλύτερη μάζα. Τα ελαφρύτερα ας τα σκεφτούμε σαν να κολυμπούν στο νερό, ενώ τα άμαζα είναι όσα δεν αναπτύσσουν καμιά αλληλεπίδραση με το πεδίο, κινούμενα έτσι με την ταχύτητα του φωτός.

Το βιβλίο του Ηλιόπουλου δεν είναι μια ιστορία αυτής της ανακάλυψης. Το ενδιαφέρον του εστιάζεται στην ανάδειξη της ξεχωριστής φυσικής σημασίας της. Παρουσιάζοντας, με εξαιρετικό, εξαιρετικά σύντομο και περιεκτικό τρόπο τις απαιτούμενες γνώσεις από τους τομείς της κοσμολογίας, της Φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων, των συμμετριών, με έμφαση στις συμμετρίες βαθμίδας και της αυθόρμητης ρήξης της συμμετρίας, δείχνει πώς εμφανίζονται τα προβλήματα μάζας στο πλαίσιο αυτό, το οποίο απαιτεί να είναι μηδενικές όλες οι μάζες των σωματιδίων. Στη συνέχεια, παρουσιάζει τη φυσική διαδικασία, η οποία επιλύει τα προβλήματα μάζας. Πολύτιμα είναι τα παραρτήματα, τόσο αυτό που αφορά τα στοιχειώδη σωματίδια όσο και το σχετικό με τη μαθηματική θεωρία των ομάδων.

Το βιβλίο είναι τεκμήριο του μεγαλείου της σύγχρονης Φυσικής. Αλλά και των περιορισμών της. Ο επίλογος είναι από τις καλύτερες παρουσιάσεις των προβλημάτων που εμφανίζει η κατανόησή μας, τα οποία προαναγγέλλουν πιθανές εξελίξεις στη Φυσική μεγάλης σημασίας. Η βελτίωση των πειραματικών διατάξεων -προεξάρχοντος του LHC στο CERN- δίνει σοβαρές ελπίδες.

Όπως το θέτει ο ίδιος ο Ηλιόπουλος: «Θα μας καθοδηγήσει η αρχή ότι η ακριβής γνώση της φυσικής σε μια κλίμακα ενεργειών μας επιτρέπει να συναγάγουμε την πιθανή παρουσία νέας φυσικής σε μια κλίμακα ενεργειών. Ιδού μια αναλογία: Φανταστείτε ότι οι εξωγήινοι μας παρατηρούν από πολύ μακριά με τηλεσκόπια των οποίων η διακριτική ικανότητα περιορίζεται στα δέκα μέτρα. Μπορούν να διακρίνουν τις μεγάλες κατασκευές μας και τα εκτενή μέρη του κάθε είδους εξοπλισμού, όπως οικοδομές, γέφυρες, τραίνα, πλοία, αεροπλάνα κ.λπ., αλλά δεν μπορούν να διακρίνουν τους ανθρώπους για να τους μελετήσουν. Ωστόσο, βασιζόμενοι στις παρατηρήσεις τους, μπορούν εύκολα να συμπεράνουν την παρουσία ζωντανών πλασμάτων σε αυτόν τον πλανήτη, ακόμα και να μαντέψουν μερικές από τις ιδιότητές μας: ότι η διάστασή μας είναι της τάξης του ενός μέτρου (όλες αυτές οι κατασκευές δεν είναι έργα μυρμηγκιών), ότι ζούμε στον ανοιχτό αέρα, κ.λπ. μπορούν λοιπόν να συναγάγουν ότι, αν καταφέρουν να αυξήσουν τη διακριτική ικανότητα των τηλεσκοπίων τους κατά (τουλάχιστον) έναν παράγοντα δέκα, θα μπορέσουν πιθανόν να ανακαλύψουν ένα νέο είδος κατοίκων του σύμπαντος. Στη φυσική βρισκόμαστε […] σε μια παρόμοια κατάσταση» (σελ. 89).

*Ο Χρήστος Λάσκος είναι εκπαιδευτικός

[1] Χρήστος Λάσκος, Στην καρδιά του Πράγματος, Αναγνώσεις, 12 Ιουλίου 2014

Νίνα Παπακωνσταντίνου, The Universal Declaration of Human Rights, 2017,
μαρκαδόρος σε καμβά, 300 x 200 εκ.