V roku 1993 vyhlásil William Waldegrave, minister britskej vlády, zodpovedný za vedu, že dá fľašu šampanského tomu, kto dokáže najzrozumiteľnejšie (a pritom stručne) vysvetliť „čo je Higgsov bozón a prečo ho chceme nájsť“. Na jeho výzvu reagovalo 125 fyzikov, šampanské napokon získali autori piatich vysvetlení, ktoré boli potom publikované v časopise Physics World. Na štyri z nich sa dávno zabudlo, ale jedno obletelo počas tohto leta svet a objavilo sa na stránkach desiatok novín a časopisov (nehovoriac o www stránkach).
Autorom tohto dnes naozaj populárneho vysvetlenia je anglický fyzik David Miller. Jeho vysvetlenie je pôvabné a do veľkej miery správne. Jeho jediným problémom je, že v skutočnosti nevysvetľuje Higgsov bozón, ale niečo iné.
.margaret Thatcher
Miller bol naozaj šikovný chlapík a svoje vysvetlenie našil presne na mieru zadávateľa Waldegrava. Ten bol predtým, ako sa stal ministrom vo vláde Johna Majora, štátnym tajomníkom vo vláde Margaret Thatcher. A práve bývalá premiérka sa stala hlavnou postavou Millerovho vysvetlenia Higgsovho bozónu.
Millerovo vysvetlenie je podobenstvom. Odohráva sa na kokteilovej párty pracovníkov politickej strany, ktorí sú viac-menej rovnomerne roztrúsení po miestnosti. Keď vstúpi expremiérka, tí, čo sú k nej najbližšie, ju obklopia a snažia sa s ňou prehodiť aspoň pár slov. Keď sa expremiérka pohybuje, obdivovatelia sa čiastočne pohybujú spolu s ňou, takže v skutočnosti sa pohybuje akási skupina ľudí. No a táto skupina má väčšiu hmotnosť ako samotná expremiérka.
Podobným spôsobom, píše ďalej Miller, získava dodatočnú hmotnosť elektrón v tuhej látke. Elektrón hrá v tomto prípade úlohu expremiérky, úlohy pracovníkov strany hrajú jadrá atómov usporiadané v kryštalickej mriežke. Ale to ešte nie je všetko. Takto získava podľa Millera hmotnosť nielen elektrón v tuhej látke, ale aj voľný elektrón. Vtip je v tom, že voľný elektrón vraj v skutočnosti nie je úplne voľný, ale interaguje s takzvaným Higgsovým poľom, ktoré rovnomerne vypĺňa celý priestor. Práve toto pole má hrať úlohu pracovníkov strany a práve ono má dodávať elektrónu jeho hmotnosť.
Zatiaľ však ešte stále nebola reč o Higgsovom bozóne. Higgsove pole a Higgsov bozón nie je jedno a to isté. A čo je teda Higgsov bozón? Miller to vysvetľuje pomocou svojej kokteilovej párty na príklade šírenia sa klebety. Ak sa ľudia pri dverách dopočujú nejakú zaujímavú informáciu, vytvoria akýsi hlúčik, aby sa dozvedeli detaily, a ako sa informácia šíri po miestnosti, spolu s ňou sa šíri aj hlúčik zvedavcov, ktorí chcú vedieť viac. Toto – hlúčik, ktorý vznikne bez expremiérky alebo inej známej osobnosti – je podľa Millera niečo, čo vzniká aj v prípade kryštalickej mriežky, aj v prípade Higgsovho poľa. V prípade kryštalickej mriežky tomu hovoríme fonón, v prípade Higgsovho poľa tomu hovoríme Higgsov bozón. Celkom milé, nie?
.analógia analógie
Tak, a teraz, čo je na tom v neporiadku. Problém spočíva v tom, že táto analógia nie je analógiou veci samotnej, je analógiou analógie veci samotnej (fuj, to už začína znieť ako filozofia). Vec samotná je tu fyzika elementárnych častíc a úloha, ktorú v tejto fyzike hrá Higgsov bozón. Analógiou tejto veci je fyzika tuhých látok a úloha, ktorú v tejto fyzike hrá kryštalická mriežka. Táto analógia nie je neprirodzená – niektoré aspekty teórie tuhých látok boli v minulosti naozaj významnou inšpiráciou pre teóriu elementárnych častíc. Neprirodzené je, ak sa podobnosti medzi týmito teóriami berú príliš vážne.
Ako vysvetlenie zmeny (efektívnej) hmotnosti elektrónu v tuhej látke v dôsledku interakcie s mriežkou je Millerova analógia celkom výstižná. A celkom dobré je aj vysvetlenie fonónov ako pohybov samotnej mriežky. S vysvetlením nadobudnutia hmotnosti elektrónu v dôsledku interakcie s Higgsovým poľom je to už horšie. Dôvodom je najmä to, že Higgsovo pole možno vôbec neexistuje.
Hop, tak teraz pozor. Ako to, že Higgsovo pole možno neexistuje? Veď predsa v CERN-e objavili Higgsov bozón, či nie? Nuž áno, objavili. Ale ako Miller správne zdôrazňuje, Higgsovo pole a Higgsov bozón sú dve rôzne veci. Dokonca až také rôzne, že jedna z nich vôbec nemusí a druhá môže existovať.
Teda, aby nevzniklo nedorozumenie: Higgsovo pole celkom určite existuje v teórii elementárnych častíc ako určitý matematický objekt. Otázka je, či tomuto objektu zodpovedá niečo reálne v prírode a ak áno, tak čo. Odpoveď znie, že nič (okrem osobného vkusu) nás zatiaľ nevedie k nutnosti predpokladať, že Higgsovo pole existuje ako reálna vec.
A nie je to len taká malicherná hra so slovíčkami: či niečo existuje len ako matematický objekt, alebo či to existuje aj naozaj? Nuž, niekedy to je celkom podstatný rozdiel. Asi najznámejším príkladom dôležitosti takéhoto rozdielu je pojem éteru, ktorý mal podľa Maxwella vypĺňať celý priestor približne rovnakým spôsobom, akým ho podľa Millera (a nielen neho) vypĺňa Higgsovo pole. Maxwell zaviedol éter ako prostredie, ktorého vlnením vznikajú elektromagnetické vlny. Nič v jeho vlastných (Maxwellových) rovniciach ho nenútilo éter zaviesť. Jediné, čo ho k tomu nútilo, bol vkus a intuícia. A tie sa ukázali v tomto prípade scestné. Existencia éteru bola neskôr experimentálne vyvrátená Michelson-Morleyovým pokusom a odvrhnutie myšlienky éteru ako reálnej veci otvorilo cestu k teórii relativity.
Takže si to skúsme zhrnúť. Millerovo vysvetlenie je veľmi zrozumiteľné, ale úplne zásadnú úlohu v ňom hrá pole, ktoré možno vôbec neexistuje. A to nie je jediný nedostatok.
.sladký gýč
Iným nedostatkom Millerovho vysvetlenia je, že vôbec nevysvetľuje, ako vlastne častice hmotnosť získavajú. V Millerovom vysvetlení všetci už na začiatku hmotnosť majú a jej zvýšenie sa dosahuje tým, že sa pôvodné hmotnosti sčítajú (hmotnosť skupinky ľudí v Millerovom príklade je v podstate súčtom hmotností ľudí tvoriacich skupinku). To však nemá s Higgsovým mechanizmom naozaj nič spoločné.
Ale ešte stále je to oveľa lepšie, ako alternatívne vysvetlenie, ktoré je tiež pomerne populárne a používajú ho aj takí známi popularizátori súčasnej fyziky, ako je Brian Green, autor bestselleru Elegantný vesmír. Podľa tohto vysvetlenia je tiež vesmír vyplnený Higgsovým poľom, v ktorom sa častice pohybujú ako v lepkavom sirupe. No a keďže v sirupe sa pohybujú ťažšie ako mimo neho, tak tým vraj vlastne ako keby získavali hmotnosť.
Toto „vysvetlenie“ je fyzikálna hovadina par excellence. Nielenže nijako nesúvisí so skutočným Higgsovým mechanizmom, ktorý akože vysvetľuje, ono sa navyše prehrešuje voči samotným základom fyziky. Sirupové vysvetlenie úplne ignoruje Newtonove zákony a odvoláva sa na celkom nesprávnu (hoci v nejakom zmysle prirodzenú) aristotelovskú intuíciu.
Podľa Aristotelovskej fyziky sa veci s väčšou hmotnosťou pohybujú ťažšie, a preto, ak sa niečo pohybuje ťažko (ako v sirupe) tak z toho môžeme aristotelovsky usúdiť, že to má veľkú hmotnosť. V Newtonovej fyzike (ktorá na rozdiel od tej Aristotelovej opisuje skutočný svet) je takáto úvaha nezmyselná. Celý sirupový model je naozaj výsmechom Newtonovej mechaniky. V sirupe sa totiž každá častica skôr či neskôr zastaví, čo je v totálnom rozpore s prvým Newtonovým zákonom – zákonom zotrvačnosti.
No dobre, ale ako je to možné? To ľudia ako Brian Green nerozumejú základom svojej vedy? Nie, to je veľmi málo pravdepodobné. Oveľa pravdepodobnejšie je, že aj popularizátori vedy si veľmi dobre uvedomujú, že to, čo žijeme, je doba marketingová. A ak je niečo príliš zložité na to, aby sa to naozaj vysvetlilo, netreba sa o to ani pokúšať a namiesto vysvetlenia ponúknuť ilúziu vysvetlenia. Tak už to na tom svete chodí. Sladké, presladké sú sirupy, gýče aj predvolebné sľuby.
Autorom tohto dnes naozaj populárneho vysvetlenia je anglický fyzik David Miller. Jeho vysvetlenie je pôvabné a do veľkej miery správne. Jeho jediným problémom je, že v skutočnosti nevysvetľuje Higgsov bozón, ale niečo iné.
.margaret Thatcher
Miller bol naozaj šikovný chlapík a svoje vysvetlenie našil presne na mieru zadávateľa Waldegrava. Ten bol predtým, ako sa stal ministrom vo vláde Johna Majora, štátnym tajomníkom vo vláde Margaret Thatcher. A práve bývalá premiérka sa stala hlavnou postavou Millerovho vysvetlenia Higgsovho bozónu.
Millerovo vysvetlenie je podobenstvom. Odohráva sa na kokteilovej párty pracovníkov politickej strany, ktorí sú viac-menej rovnomerne roztrúsení po miestnosti. Keď vstúpi expremiérka, tí, čo sú k nej najbližšie, ju obklopia a snažia sa s ňou prehodiť aspoň pár slov. Keď sa expremiérka pohybuje, obdivovatelia sa čiastočne pohybujú spolu s ňou, takže v skutočnosti sa pohybuje akási skupina ľudí. No a táto skupina má väčšiu hmotnosť ako samotná expremiérka.
Podobným spôsobom, píše ďalej Miller, získava dodatočnú hmotnosť elektrón v tuhej látke. Elektrón hrá v tomto prípade úlohu expremiérky, úlohy pracovníkov strany hrajú jadrá atómov usporiadané v kryštalickej mriežke. Ale to ešte nie je všetko. Takto získava podľa Millera hmotnosť nielen elektrón v tuhej látke, ale aj voľný elektrón. Vtip je v tom, že voľný elektrón vraj v skutočnosti nie je úplne voľný, ale interaguje s takzvaným Higgsovým poľom, ktoré rovnomerne vypĺňa celý priestor. Práve toto pole má hrať úlohu pracovníkov strany a práve ono má dodávať elektrónu jeho hmotnosť.
Zatiaľ však ešte stále nebola reč o Higgsovom bozóne. Higgsove pole a Higgsov bozón nie je jedno a to isté. A čo je teda Higgsov bozón? Miller to vysvetľuje pomocou svojej kokteilovej párty na príklade šírenia sa klebety. Ak sa ľudia pri dverách dopočujú nejakú zaujímavú informáciu, vytvoria akýsi hlúčik, aby sa dozvedeli detaily, a ako sa informácia šíri po miestnosti, spolu s ňou sa šíri aj hlúčik zvedavcov, ktorí chcú vedieť viac. Toto – hlúčik, ktorý vznikne bez expremiérky alebo inej známej osobnosti – je podľa Millera niečo, čo vzniká aj v prípade kryštalickej mriežky, aj v prípade Higgsovho poľa. V prípade kryštalickej mriežky tomu hovoríme fonón, v prípade Higgsovho poľa tomu hovoríme Higgsov bozón. Celkom milé, nie?
.analógia analógie
Tak, a teraz, čo je na tom v neporiadku. Problém spočíva v tom, že táto analógia nie je analógiou veci samotnej, je analógiou analógie veci samotnej (fuj, to už začína znieť ako filozofia). Vec samotná je tu fyzika elementárnych častíc a úloha, ktorú v tejto fyzike hrá Higgsov bozón. Analógiou tejto veci je fyzika tuhých látok a úloha, ktorú v tejto fyzike hrá kryštalická mriežka. Táto analógia nie je neprirodzená – niektoré aspekty teórie tuhých látok boli v minulosti naozaj významnou inšpiráciou pre teóriu elementárnych častíc. Neprirodzené je, ak sa podobnosti medzi týmito teóriami berú príliš vážne.
Ako vysvetlenie zmeny (efektívnej) hmotnosti elektrónu v tuhej látke v dôsledku interakcie s mriežkou je Millerova analógia celkom výstižná. A celkom dobré je aj vysvetlenie fonónov ako pohybov samotnej mriežky. S vysvetlením nadobudnutia hmotnosti elektrónu v dôsledku interakcie s Higgsovým poľom je to už horšie. Dôvodom je najmä to, že Higgsovo pole možno vôbec neexistuje.
Hop, tak teraz pozor. Ako to, že Higgsovo pole možno neexistuje? Veď predsa v CERN-e objavili Higgsov bozón, či nie? Nuž áno, objavili. Ale ako Miller správne zdôrazňuje, Higgsovo pole a Higgsov bozón sú dve rôzne veci. Dokonca až také rôzne, že jedna z nich vôbec nemusí a druhá môže existovať.
Teda, aby nevzniklo nedorozumenie: Higgsovo pole celkom určite existuje v teórii elementárnych častíc ako určitý matematický objekt. Otázka je, či tomuto objektu zodpovedá niečo reálne v prírode a ak áno, tak čo. Odpoveď znie, že nič (okrem osobného vkusu) nás zatiaľ nevedie k nutnosti predpokladať, že Higgsovo pole existuje ako reálna vec.
A nie je to len taká malicherná hra so slovíčkami: či niečo existuje len ako matematický objekt, alebo či to existuje aj naozaj? Nuž, niekedy to je celkom podstatný rozdiel. Asi najznámejším príkladom dôležitosti takéhoto rozdielu je pojem éteru, ktorý mal podľa Maxwella vypĺňať celý priestor približne rovnakým spôsobom, akým ho podľa Millera (a nielen neho) vypĺňa Higgsovo pole. Maxwell zaviedol éter ako prostredie, ktorého vlnením vznikajú elektromagnetické vlny. Nič v jeho vlastných (Maxwellových) rovniciach ho nenútilo éter zaviesť. Jediné, čo ho k tomu nútilo, bol vkus a intuícia. A tie sa ukázali v tomto prípade scestné. Existencia éteru bola neskôr experimentálne vyvrátená Michelson-Morleyovým pokusom a odvrhnutie myšlienky éteru ako reálnej veci otvorilo cestu k teórii relativity.
Takže si to skúsme zhrnúť. Millerovo vysvetlenie je veľmi zrozumiteľné, ale úplne zásadnú úlohu v ňom hrá pole, ktoré možno vôbec neexistuje. A to nie je jediný nedostatok.
.sladký gýč
Iným nedostatkom Millerovho vysvetlenia je, že vôbec nevysvetľuje, ako vlastne častice hmotnosť získavajú. V Millerovom vysvetlení všetci už na začiatku hmotnosť majú a jej zvýšenie sa dosahuje tým, že sa pôvodné hmotnosti sčítajú (hmotnosť skupinky ľudí v Millerovom príklade je v podstate súčtom hmotností ľudí tvoriacich skupinku). To však nemá s Higgsovým mechanizmom naozaj nič spoločné.
Ale ešte stále je to oveľa lepšie, ako alternatívne vysvetlenie, ktoré je tiež pomerne populárne a používajú ho aj takí známi popularizátori súčasnej fyziky, ako je Brian Green, autor bestselleru Elegantný vesmír. Podľa tohto vysvetlenia je tiež vesmír vyplnený Higgsovým poľom, v ktorom sa častice pohybujú ako v lepkavom sirupe. No a keďže v sirupe sa pohybujú ťažšie ako mimo neho, tak tým vraj vlastne ako keby získavali hmotnosť.
Toto „vysvetlenie“ je fyzikálna hovadina par excellence. Nielenže nijako nesúvisí so skutočným Higgsovým mechanizmom, ktorý akože vysvetľuje, ono sa navyše prehrešuje voči samotným základom fyziky. Sirupové vysvetlenie úplne ignoruje Newtonove zákony a odvoláva sa na celkom nesprávnu (hoci v nejakom zmysle prirodzenú) aristotelovskú intuíciu.
Podľa Aristotelovskej fyziky sa veci s väčšou hmotnosťou pohybujú ťažšie, a preto, ak sa niečo pohybuje ťažko (ako v sirupe) tak z toho môžeme aristotelovsky usúdiť, že to má veľkú hmotnosť. V Newtonovej fyzike (ktorá na rozdiel od tej Aristotelovej opisuje skutočný svet) je takáto úvaha nezmyselná. Celý sirupový model je naozaj výsmechom Newtonovej mechaniky. V sirupe sa totiž každá častica skôr či neskôr zastaví, čo je v totálnom rozpore s prvým Newtonovým zákonom – zákonom zotrvačnosti.
No dobre, ale ako je to možné? To ľudia ako Brian Green nerozumejú základom svojej vedy? Nie, to je veľmi málo pravdepodobné. Oveľa pravdepodobnejšie je, že aj popularizátori vedy si veľmi dobre uvedomujú, že to, čo žijeme, je doba marketingová. A ak je niečo príliš zložité na to, aby sa to naozaj vysvetlilo, netreba sa o to ani pokúšať a namiesto vysvetlenia ponúknuť ilúziu vysvetlenia. Tak už to na tom svete chodí. Sladké, presladké sú sirupy, gýče aj predvolebné sľuby.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.