Steven Weinberg: trudne ma być proste
Pokoleniu Einsteina, Bohra, Schroedingera, Heisenberga, Diraca przypadła rola stworzenia nowych teorii, teorii względności i teorii kwantów. Następnemu, reprezentowanemu przez Feynmana, Schwingera, Tomonagiego, Dysona zawdzięczamy pierwszą kompletną teorię świata cząstek elementarnych – elektrodynamikę kwantową. Dzięki niej zrozumieliśmy świat elementarnych cząstek naładowanych, elektronów protonów, itd oraz fotonów przenoszących między nimi oddziaływania elektromagnetyczne. Temu też pokoleniu zawdzięczamy przekucie zrozumienia świata kwantów na rewolucję technologiczną (półprzewodniki, lasery), która na zawsze odmieniła świat współczesny.
Kiedy Steven Weinberg kończył studia doktoranckie w Princeton, w 1957 roku, gdy świat podbijali Elvis Presley i Jerry Lee Lewis, a Sowieci wystrzeliwali pierwszego satelitę Ziemi, fizyka cząstek elementarnych zaczynała popadać w kryzys. Odkrywać zaczęto coraz to nowe cząstki i coraz trudniej było zrozumieć, jakie prawa rządzą ową narastającą lawinowo menażerią fundamentalnych składników materii. Na dodatek wielu wpływowych w owym czasie fizyków zaczęła podzielać przekonanie, że niemożliwa do stworzenia jest prosta i jednocześnie wewnętrznie niesprzeczna teoria mikroświata, będąca uogólnieniem stworzonej w poprzedniej dekadzie elektrodynamiki kwantowej.
Zamiast próbować zrozumieć to, co dzieje się, gdy cząstki elementarne oddziałują ze sobą, uważano, należy badać efektywne modele, mogące opisać, jaka konfiguracja końcowa cząstek powstać może z pewnej konfiguracji początkowej. To, co ma miejsce w międzyczasie jest swego rodzaju „czarną skrzynką”, której mechanizmu działanie nie jesteśmy – a może nawet nigdy nie będziemy – zdolni pojąć. Odpowiada to sytuacji, z jaką mamy do czynienia w eksperymencie: kontrolujemy w nim to, co wpada do detektora i to, co z niego wychodzi, ale, z różnych powodów, nie mamy wglądu w zachodzącą reakcję (zazwyczaj dlatego, że trwa ona zbyt krótko).
Z instrumentalistycznego punktu widzenia, koncepcji filozofii nauki, wedle której celem nauki jest przewidzenie wyników eksperymentów, a nie wyjaśnianie czegokolwiek, taka efektywna teoria jest to zupełnie wystarczające. Na ironię zakrawa więc fakt, że to właśnie Steven Weinberg, jak się zdaje przekonany instrumentalista, zadał temu podejściu decydujący cios. Stworzył teorię opisującą, co dzieje się w czarnej skrzynce w przypadku dwóch z czterech oddziaływań fundamentalnych: elektromagnetycznych i słabych. Co więcej dokonał tego unifikując te dwa oddziaływania w jedno, elektro-słabe.
„Naszym zadaniem jako fizyków jest ujmowanie rzeczy prosto, próba zrozumienia wielkiej liczby skomplikowanych zjawisk w zunifikowany sposób, za pomocą kilku prostych zasad.”
Motto leżące u podstaw tego wielkiego osiągnięcia wyraził Weinberg chyba najdobitniej w pierwszym zdaniu swojej mowy noblowskiej „Naszym zadaniem jako fizyków jest ujmowanie rzeczy prosto, próba zrozumienia wielkiej liczby skomplikowanych zjawisk w zunifikowany sposób, za pomocą kilku prostych zasad.” I rzeczywiście, ta uhonorowana Noblem, fundamentalna praca Weinberga zatytułowana po prostu „Model leptonów” liczy tylko 3 strony. Opublikowana została w listopadzie 1967 roku, parę miesięcy po tym jak The Beatles wydali Sgt. Pepper’s Lonely Hearts Club Band, i była równie wielkim przełomem w dziedzinie fizyki mikroświata, jak płyta Beatlesów w świecie muzyki.
Chyba najlepszym tego potwierdzeniem jest fakt, że nikt już nie nazywa zaproponowanej w niej teorii Modelem Weinberga-Salama (Abdus Salam niezależnie zaproponował model analogiczny do modelu Weinberga i był współlaureatem Nagrody Nobla), jak to czyniono na początku, ale nazywa się ją po prostu Modelem Standardowym Fizyki Cząstek Elementarnych. Podobnie nikt już nie mówi o Teorii Względności Einsteina, tylko po prostu o Teorii Względności. Rzadko też cytuję się już tę oryginalną pracę Weinberga, uważając, słusznie, że każdy fizyk zajmujący się fizyką mikroświata doskonale ją zna (tak jak każdy polonista zna Inwokację do „Pana Tadeusza”).
Praca o leptonach jest oczywiście najczęściej cytowaną publikacją Stevena Weinberga, była ona cytowana ponad 13 tysięcy razy, a w swoim dorobku ma Weinberg jeszcze dwadzieścia prac, które przekroczyły magiczną liczbę tysiąca cytowań.
Weinberg był nie tylko wybitnym fizykiem, ale również znakomitym popularyzatorem. Jego książka „Pierwsze trzy minuty” która słusznie zaliczana jest do arcydzieł popularyzacji nauki. Pisał też często eseje do The New York Times Review of Books, jest też autorem książki poświęconej początkom nauki nowożytnej.
Jak każdy naprawdę wielki umysł, który odcisnął piętno na intelektualnej historii ludzkości był Weinberg autorem kontrowersyjnych powiedzonek, które rozpalały burzliwe debaty. Do najbardziej znanych należy, pochodzące z „Pierwszych trzech minut” stwierdzenie, że „im bardziej wszechświat zdaje się nam zrozumiały, tym bardziej pozbawiony celu nam się on jawi”, choć – przynajmniej, gdy nie jest się Dostojewskim z jego „jeśli boga nie ma, wszystko wolno” – trudno zrozumieć, co w tym zdaniu jest takiego kontrowersyjnego. Jeśli Weinbergowi chodzi o to, że badając wszechświat nie znajdujemy w nim boga, to trudno się dziwić, bo nie szukaniem boga nauka się zajmuje. Jeśli zaś o to, że w fizycznym wszechświecie próżno szukać teleologii, to też ma rację, bo fizyczny świat nie jest emanacją dialektycznej triady, że tak powiem. I tak dalej. Podobno inny fizyk Freeman Dyson twierdził, że Weinberg sobie po prostu zażartował. Jak widać skutecznie, bo nad tym cytatem toczą się po dziś dzień burzliwe debaty.
Osobiście za największe dzieło Steven Weinberg uważam jego pomnikową, trzytomową monografię „Teoria pól kwantowych”, w której opisał on stan tej fundamentalnej teorii mikroświata na początku XXI wieku. Wiadomo, że teoria ta nie jest kompletna, nie jest w stanie poprawnie opisać grawitacji jako pola kwantowego i dlatego jej gruntowna znajomość jest nieodzowna wszystkim tym, którzy marzą o kwantowej grawitacji (o tym napiszę innym razem), tak jak znakomita znajomość elektrodynamik klasycznej była punktem wyjścia dla Einsteina przy tworzeniu teorii względności.
Wielkich poznajemy po tym, że możemy się od nich uczyć. Steven Weinberg w drugiej połowie XX wieku nauczył nas fizyki cząstek elementarnych. I smutno, że nie będzie nam już mógł towarzyszyć na drodze do dalszego poznania tajemnic mikroświata.
Uczony zmarł pod koniec lipca 2021 r. Miał 88 lat.