Translate to... Translate to English???  Übersetzen Sie zum Deutschen  Traduza ao portuguęs  Traduisez au Français  Traduca ad italiano  Traduzca al espańol  Translate to Japanese  Translate to Chinese  Translate to Korean



 Zoka: Principi pravilne ishrane  Misa: Akt o proceni rizika

CERN: Mašina sudnjeg dana?


U toku su poslednje pripreme. Uskoro saznajemo da li ćemo preživeti novi akcelerator ili nas, kako skeptici najavljuju, očekuje jedna majušna crna rupa. U laboratorijama nadomak Ženeve u Švajcarskoj, fizičari pokreću najveću i najsloženiju spravu koju je čovek dosad napravio i koja bi mogla da odgonetne razne tajne Univerzuma, naravno, ako se ne ostvare najcrnji scenariji.

Prošlog meseca je jedna holivudska filmska ekipa posetila gigantsko naučno postrojenje koje Evropska organizacija za nuklearna istraživanja, prepoznatljiva po skraćenici CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) gradi već 14 godina iznad Ženevskog jezera, na švajcarsko-francuskoj granici [1].

Detektor CMS na LHCu

Naime, poznati reditelj, producent i glumac Ron Hauard snima film “Anđeli i demoni” po bestseler romanu Dena Brauna, koji se inače izuzetno proslavio svojim potonjim delom “Da Vinčijev kod” [11]. Mada se u detektivskom zapletu, “Anđeli i demoni” uglavnom bave Vatikanom, deo radnje ovog romana i budućeg filma se odigrava u CERN-u, na novom akceleratoru čije je ime Veliki sudarač hadrona, odnosno LHC (Large Hadron Collider).

Deo Hauardove ekipe posetio je jedan od detektora akceleratora, poznat kao ATLAS i vrlo pažljivo snimio ovaj deo postrojenja. Samo snimanje filma još nije počelo, a snimci sa impresivnog detektora će se pomoću naročitog softvera dodati scenama koje tek treba da se odigraju u studiju. Zapravo, ovo je bila jedna od poslednjih prilika da se neka filmska ekipa spusti u kanal akceleratora, pošto najveća mašina koju su ljudi ikada napravili počinje sa radom [2].

Strepnja od crne rupe

Posle 14 godina iščekivanja, fizičari u CERN-u sa izuzetnim nestrpljenjem očekuju pokretanje LHC-a, uz najave da će novi kolajder razbistriti dosadašnji pogled na Univerzum, misteriju njegovog porekla i razne tajne sveta elementarnih čestica [1].

Sa druge strane, LHC izaziva i puno strepnje, o kojoj se ovog leta dosta piše i govori u medijima, zbog ne baš uverljivih, ali svakako zlosutnih najava da bi u njemu mogla nastati ni manje ni više nego – crna rupa. Prema nekim teorijama ekstra dimenzija, u sudarima čestica na LHC-u mogle bi da se pojave mini crne rupe, koje bi bile uporedive sa dimenzijama elektrona [više o tome u 8].

LHC

Ovakve teorije nisu mnogo više od običnih spekulacija, ali ako bi na novom akceleratoru na kraju došlo do prilično gadne nezgode u kojoj bi nastala crna rupa, bilo bi to gore od svih postojećih opisa Sudnjeg dana. Objekat kao što je crna rupa bi mogao usisati ozbiljno parče prostor-vremena, veće od Sunčevog sistema.

Prave astronomske crne rupe, kao jedno od mogućih stanja u kojima će masivne zvezde posle milijardama godina duge evolucije provesti svoju penziju, podrazumeva deo prostora gde je gravitaciono polje toliko jako da čak ni svetlost ne može da ga napusti. Međutim, crne rupe gube energiju takozvanim Hokingovim zračenjem. Prema postojećim proračunima, mikroskopske crne rupe, čak i da nastanu pri maksimalnim energijama na LHC-u, bile bi nestabilne i iščezle bi za svega 10-100 sekundi [4].

U CERN-u veruju da, ako pak, i postoji mogućnost da nastanu mikroskopske crne rupe koje su stabilne i ne gube energiju, to znači da takve objekte već stvaraju kosmički zraci koji inače padaju na planetu [4]. Međutim, to se ne događa, a i ako se događa, u CERN-u smatraju da je očigledno bezopasno, jer planeta još uvek postoji. Fizičari čak misle da bi nastanak takve crne rupe otvorio novo poglavlje u fizici čestica. Ako u međuvremenu, ne otvori novo poglavlje u istoriji galaksije.

Uz ovaj bukvalno najcrnji scenario, novi akcelerator, kao i gotovo svako tehnološko čudo u istoriji, izaziva i čitav niz drugih strahova. Tako postoji zabrinutost da bi na njemu moglo doći do nastanka misterioznih strangeleta, magnetnih monopola, vakuumskih mehurova ili kosmičkog zračenja koje bi uništilo naš svet. O crnim rupama i ovim pretnjama više možete pročitati u poslednjem izveštaju Grupe za sigurnost LHC-a [4], ili u radu „Exclusion of black hole disaster scenarios at the LHC” [5]. GLASANJE O CRNOJ RUPI

Pretnje da bi u eksperimentima na Velikom sudaraču hadrona, poznatom kao LHC, u CERN-u mogla nastati crna rupa nedavno je iznova analizirala Grupa za sigurnost LHC-a (LHC Safety Study Group) koju su činili naučnici iz CERN-a, sa Univerziteta u Kaliforniji i Instituta za nuklearne nauke Ruske akademije nauka. Njihov izveštaj pregledao je panel od pet nezavisnih naučnika, među kojima je i jedan nobelovac, da bi ga, pre nekoliko nedelja, predstavio Komitetu za naučnu politiku (SPC, Scientific Policy Committee). Dvadeset članova ovog komiteta je tajno glasalo o izveštaju i usvojilo ga, posle čega je Savet CERN-a saopštio da nema nikakve pretnje po čovečanstvo od novog akceleratora.

Još standardniji model

Kakva je, zapravo, svrha ovakvog postrojenja? Akceleratori su, inače, veliki instrumenti koji ubrzavaju elementarne čestice – elektrone, protone ili šta već fizičari odaberu za ubrzavanje. To se najčešće postiže tako što snop čestica kruži u jakom mangentnom polju koje mu dodaje energiju u svakom okretu [više o tome u 10].

Osnovna ideja je da se tako ubrzanim snopovima gađa neka meta ili da se snopovi međusobno sudare, kako bi se oslobodila velika energija iz koje mogu da nastanu nove čestice. Pomoću njih, LHC će omogućiti da se potvrde i razreše neke tajne Standardnog modela, teorije koja opisuje strutkuru materije, odnosno, onog od čega je čitav svet sačinjen.

Zavrzlama je u tome da proces posmatranja sve sitnijih gradivnih elemenata Univerzuma zahteva sve veće i veće oslobođene energije. Ako posmatrate običan atom, potrebno je da uložite neku energiju da biste ga podelili na pozitivne jone i elektrone. Takođe, za cepanje jezgra atoma potrebne su velike energije, što se postiže bombardovanjem jezgra neutronima. Kad se ide još dublje, ne može se govoriti baš o “cepanju” hadrona (kao što su protoni i neutroni), ali je izvesno da vam za “dublji uvid” treba sve veća energija, koja će stvoriti sve veće mnoštvo novih čestica.

Ulice u krugu CERNa

Pomenuti ogromni detektor ATLAS, uporedo sa drugim LHC-ovim džinom od detektora CMS-om, pokušaće da u tom mnoštvu ulovi Higsov bozon, misterioznu, teorijom predskazanu česticu koja je „odgovorna“ za masu u svemiru. U drugim eksperimentima, šuma čestica će osvetliti stanje u ranom Univerzumu, neposredno posle Velikog praska, razrešiti dileme o teoriji supersimetrija, kao i zašto svet nije načinjen od antimaterije, već od materije [2].

Da bi to postigao, Veliki sudarač hadrona je predviđen da ubrzava protone do zapanjujuće energije od 7 TeV. On je tako projektovan da će se ubrzanim snopovima upriličiti uzajamni sudar, što će oslobaditi energiju od 14 TeV i omogućiti nastanak procesa dosad neviđenih u eksperimentima. To je, po teoriji, dovoljno da se oslobode svakojake egzotične čestice [3].

U suštini, ove energije LHC-a, mada ogromne za kvantne objekte, u normalnim (makroskopskim) razmerama uporedive sa energijom koju ima jedan komarac u letu. Kad se to uporedi sa masom zvezde koja se urušava u crnu rupu, apsurdno je zamisliti da sudar protona na LHC-u generiše ikakvu veću crnu rupu, čak i da je to moguće [4]. No, sumnje su zaživele, dajući celom eksperimentu, uz inače velika pitanja kojima se bavi, jedan misteriozni ukus.

Anđeli i demoni

U suštini, mesto gde se događaju ovakve stvari zaista jeste zgodna lokacija za zaplet jednog trilera kao što su „Anđeli i demoni“. Mada fizičari često kritikuju ovu knjigu i čak postoji sajt sa fizički nemogućim situacijama iz knjige [12], Den Braun je njome puno promovisao CERN, a Ron Hauard najavljuje da će se film još više oslanjati na taj deo priče, i sam fasciniran Velikim sudaračem.

Inače, u filmu je predviđeno da se tokom akcionih scena, detektor ATLAS vidi kroz neprobojno staklo, što je naravno čista fikcija jer kad akcelerator proradi, niko mu neće smeti prići zbog opasnosti od zračenja [11]. Čitav akcelerator se zapravo nalazi u tunelu dugom 27 kilometara, na dubini od 100 metara ispod tla.

Finalne pripreme u tunelu LHCa

Detektori su raspoređeni na njegovom prstenu i do njih se silazi specijalnim liftovima. Kompleks laboratorija CERN-a zauzima znatno manji prostor od površine akceleratora, nad kojim se nalaze njive i šumarci, ali je i sam CERN velik kao omanji grad.

Kad smo, prošle jeseni, tokom posete koju je organizovalo Društvo fizičara Srbije, obišli akceleratorski tunel i detektore CMS i ATLAS, koji će loviti Higsov bozon, videli smo koliko je sam CERN složen sistem [više o tome u 9]. Mnoštvo naučnika iz oko 80 zemalja je organizovano po eksperimentima, sa konkretnim pojedinačnim zahtevima.

Projekat je toliko gigantski, da gotovo da ljudi iz susednih laboratorija nemaju predstavu šta rade njihove kolege i koji sistem ugrađuju na veliku mašinu. CERN je prava industrija sa jasnom hijerarhijom i birokratski uređenim zadacima, sasvim neuporediv sa klasičnom predstavom fizičkog eksperimenta.

Detektor ATLAS

U CERN-u je zaposleno više od 3000 naučnika i drugih radnika, a u njemu povremeno boravi više od 6500 gostujućih naučnika. Troškove rada ovih pojedinačnih timova i samog projekta snosi 20 evropskih zemalja, članica CERN-a, kao i zemalja posmatrača među kojima su SAD, Ruska federacija, Japan i Indija.

Inače, i Srbija ima svoje predstavnike u CERN-u – jedan tim sa Instutita za nuklearne nauke „Vinča“ koji predvodi doktor Petar Adžić radi na detektoru CMS , a drugi tim, sa Instituta za fiziku u Zemunu, pod rukovodstvom doktora Dragana Popovića, učestvuje u eksperimenti na detektoru ATLAS.

Broj sa najviše muka


Jeste li pogledali ikad nulu u oči, te velike okrugle oči, i zapitali se da li se u toj praznini ipak nešto krije? Ko je nuli dao ime, smisao, sadržaj, suštinu, mesto na brojnoj osi?

Nula. Zovu je i Ništica. Ili Praznina. Nepostojanje. Ali, kako je ona uopšte dospela među ostale brojeve koji, za razliku od nje, prebrajaju nešto što postoji? Priča o prihvatanju i odbacivanju, poznavanju i nepoznavanju nule, praznine i beskonačnosti seže duboko u istoriju, prati razvoj matematike i u mnogome se dotiče filozofije različitih naroda u drevnoj i novoj istoriji.

Zanimljivo je da je baš Vavilon, čije su kule danas u nekim krugovima simbol težnji da se približimo Bogu na loš način, (neko bi rekao i simbol „urušavanja svih čovečanskih kula kojima smo mislili da smo prišli Bogu u moći, pa verovatno ga i prestigli“), iznedrio jednu tako moćnu stvar koja vekovima obara velike naučne teorije, a i dan danas nas ostavlja nemoćnim pred pitanjima praznine, stvaranja, nestanka.

Primitivna nula se, dakle, prvi put pojavila u starom Vavilonu (gde je način obeležavanja brojeva bio potpuno drugačiji od onih načina koje poznajemo danas, a i Vavilonci su koristili seksagezimalni sistem zasnovan na broju 60, umesto našeg današnjeg decimalnog sistema zasnovanog na broju 10), ali samo kao vrsta pokazivača mesta u brojevima, što je bilo veoma napredno jer je omogućilo mnogo lakše računanje.

Vavilonska tablica sa brojevima

U IV veku pre nove ere Aleksandar Veliki je prilikom osvajanja Istoka preneo tu vavilonsku nulu pokazivača u Indiju. Nula je u Indiji dobila brojnu vrednost i mesto na osi. Bila je velika stvar da nešto što broji ništa, nešto bez količine postane broj. Stari indijski matematičari su se usudili i da dele nulom utvrdivši da kada se doda ili oduzima bilo šta od razlomka 1/0, ništa se ne dešava jer je broj 1/0 (a to je, zapravo, jednako beskonačno) nepromenljiv. Posle VII veka, u prodoru Islama na daleki Istok, Arapi su saznali za indijske brojeve, pa se njihova matematika razvijala uz nulu.

Italiji i zapadnom svetu nulu je u XIII veku predstavio matematičar Leonardo Pizano – Fibonači, ali bez mnogo uspeha. Njegov je otac bio trgovac, pa je Leonardo putovao u Afriku gde se školovao u arapskim školama. Po povratku u Italiju napisao je više knjiga o matematici u kojima je između ostalog prikazao prednosti arapskih brojeva i nule. Zbog lakog računanja, nove brojeve su prvi prihvatili trgovci mada ih je država zabranila zbog mogućnosti lakog falsifikovanja.

Lagani prilazak nuli

U XVII veku francuski matematičar i filozof Rene Dekart načinio je koordinatni sistem koji se danas koristi, sa tim izuzetkom što nije uzeo u obzir negativne brojeve. Ali uveo je nulu. U tako lepom koordinatnom sistemu uvideo je vezu između oblika i jednačina i time zasnovao analitičku geometriju.

Nula je i dalje bila bezdan bez adekvatnog obrazloženja zbog neprijatnosti do kojih dovodi deljenje njome. Iako ni ser Isak Njutn nije razumeo šta predstavlja razlomak sa nulom u imeniocu, on ga je legalizovao preko diferencijalnog računa. Mnogi su u takav račun sumnjali, ali rezultati su bili nesumnjivo ispravni. U osnovi diferencijalnog računa je, u stvari, deljenje dve veoma male veličine, toliko male da tek što nisu nule. Činjenica da nisu nule nego brojevi vrlo bliski njoj, ali ravnopravni kao svi drugi, upravo održava ovaj račun mogućim.

Granična vrednost funkcije

Njegov je značaj i dubina daleko veća od običnog deljenja. Zakoni fizike koji su do tada bili pisani običnim jednačinama mogli su sada biti predstavljeni jednačinama u diferencijalnom obliku, čime je dobijena veća opštost. Danas su ovakve jednačine oruđe bez kojeg se ne ulazi u rešavanje ozbiljnih problema u fizici i svim drugim naukama i oblastima koje koriste matematiku.

Zbog svoje sumnjivosti, diferencijalni račun je počeo više da se koristi tek krajem XVIII veka, dok su se matematičari sve više motali oko nule uz pomoć redova, konvergentnih funkcija, a konačno joj uz pomoć graničnih vrednosti prišli najbliže. Ali, kako se to u matematici kaže, nuli se prilazi tek u beskonačnosti.

Nedodirljiva je

Zašto nam ona i njena sitna struktura stalno izmiču? Može li se nula obuhvatiti više od ovoga? Može li se nekako ući u samu nulu kad smo joj već toliko matematički prišli? Šta to znači da se do nule dolazi tek u beskonačnosti?

Otkrivanje odgovora na ovakva pitanja daće nam nauka koja je u svom svetu pronašla primenjenu nulu. To je svet moderne fizike.

Ovaj broj je zavrteo fizičarima mozak i naveo ih da se dovijaju na sve dozvoljene, a još više na do tada nedozvoljene načine ne bi li ga dokučili. Ne bi li ga pobedili.

Istorijski prva revolucionarna nula otkrivena u prirodi jeste apsolutna nula temperature ili nula stepeni na Kelvinovoj skali. To je najniža moguća temperatura. Nema ništa hladnije od nje, ali može li se i ona dostići?

BIOGRAFIJA OPASNIH IDEJA

Čitava istorija padova i proboja ovog broja i njegovi problemi lepo su objašnjeni u knjizi Nula: biografija opasnih ideja. Njen autor, magistar matematike Čarls Sife je profesor žurnalistike na Njujorškom univerzitetu i novinar magazina Science. Članke takođe piše za časopise New Scientist, Scientific American, The Economist, Science, Wired UK, The Sciences. Autor je više vrlo zanimljivih knjiga iz popularne nauke.

Kao i u matematici, i u prirodi se pokazalo da je nula samo nekakva vrsta imaginacije. Apsolutna nula je nedodirljiva. Ne može se dostići. Ona je samo granična vrednost kojoj se možemo približiti, ali joj ne možemo potpuno prići. To bi bilo stanje u kojem bi predmet koji želimo da ohladimo izgubio svu svoju energiju, a u stvarnosti to nije moguće.

Uzmimo jednu bananu kao predmet koji želimo da ohladimo. Moraćemo da je stavimo u kutiju i zamrznemo. Ali ako kutija nije na asolutnoj nuli, ona poseduje atome koji vibriraju (što znači da su na određenoj temperaturi, to jest da poseduju određenu energiju), a njihove vibracije pokreću atome banane da i oni vibriraju, te naša banana, ipak, ima izvesnu temperaturu. Čak i kada bi lebdela u potpunom vakuumu, ne dodirujući ni jednu česticu, njene atome bi na vibriranje naterali fotoni svetlosti koju zrači kutija. (U modernoj fizici sve što se kreće ili vibrira, mora i da zrači.) Dakle, pošto je ne možemo potpuno izolovati od okoline, banana uvek mora imati neku temperaturu.

Nula je varljiva

Od apsolutne nule je krenula da se razvija termodinamika, pa zatim statistička fizika, da bi se na kraju došlo do kvantne mehanike. E, u njoj već ima previše čudnih stvari, a od najčudnijih je relacija neodređenosti Vernera Hajzenberga. Ona nam tek otkriva koliko ne znamo, tačnije koliko ne možemo ni znati o ovom svetu. Ali i ona sama takva kakva je – neodređena, fizičarima mnogo znači.

Recimo da znamo tačno gde se nalazi predmet za koji želimo da saznamo koliku ima energiju. (U pitanju je tačnost koja se meri veličinama mnogo manjim od milimetra i mikrometra. Čak nam ni najbolji mikroskop ovde ne može pomoći. To se prosto ne vidi. Samim tim, da bi dimenzije bile u skladu, uzmimo za predmet koji razmatramo česticu.) Hajzenbergova relacija kaže da ako možemo tačno da lociramo predmet (česticu), mi onda nikako ne možemo znati njegovu energiju. Sami smo sebi napravili problem jer smo merenjem položaja našim sitnim lenjirom morali doći u kontakt sa česticom i promeniti joj energiju, te više ne znamo koja je energija njena, a koja je dodata samim činom merenja! Što bliže odredimo položaj čestice, mi, u stvari, sve manje znamo o njenoj energiji.

Prostor-vreme

Važi i obrnuto. Ako znamo energiju čestice, mi nemamo pojma gde se ona nalazi. Ne znamo koja je to čestica, to jest čija je to zapravo energija. Zvuči paradoksalno, ali u fizici je čak i to od pomoći.

Još jedan problem koji nula pravi u kvantnoj mehanici su nula-dimenzione čestice, a takvi su elektroni (i ostali leptoni) ali i kvarkovi. Njihova nedimenzionalnost čini da mi uopšte ne znamo kolika je masa i naelektrisanje na primer elektrona. Ako bismo se približili beskonačno blizu čestici-tački, izmerili bismo beskonačnu masu i isto takvo naelektrisanje. Masa i naelektrisanje elektrona koje nalazimo u tablicama iz fizike su zapravo utvrđene na određenoj razdaljini od čestice. Na nultoj razdaljini imamo problem.

Kad nula ima silu

Razmotrimo sada vakuum. On ima gustinu jednaku nuli; to je, u stvari, prazan prostor. Ispostavilo se da priroda na neki svoj način ne voli prazan prostor. Holandski fizičar Hendrik B. G. Kazimir je ustanovio da postoji vrlo slaba sila koja deluje u vakuumu, a prouzrokovana je pritiskom čestica koje nastaju i nestaju sa svih strana (opet jedna od kvantnih zanimljivosti), ali ne mogu ući u kutiju sa vakuumom. U kutiju određenih dimenzija mogu ući samo čestice izvesnih energija, nikako svih energija (još jedno od čuda kvantne teorije).

Stidljiva

Nule postoje i u Univerzumu. Razbacane su unaokolo, a zovemo ih crne rupe. Crna rupa je tačka u svemiru koja ima ogromnu, zapravo beskonačnu masu. Kao takva, ona privlači objekte ogromnom gravitacionom silom, ali nije to jedina njena osobina. Ono što je zanimljivo u vezi s njom je da ona zakrivljuje prostor-vreme do beskonačnosti, te, u stvari, pravi rupu u našem divnom glatko-krivudavom prostor-vremenu. Dakle, svemir ne samo što je iskrivljen, krivudav, već ima i izvesne nule, rupe u sebi!

Međutim, nula (singularitet) u crnoj rupi je zaštićena od posmatrača. U nju bi mogao svako da upadne, ali niko ne može direktno da je gleda jer njena jaka gravitaciona sila ne dozvoljava ničemu što bismo mi mogli videti da napusti rupu. Postoji takozvani horizont događaja iza kojeg informacije ne izlaze. Kao da priroda hoće da sakrije te sramotne rupe.

Stomačić prepun tajni

Teorija struna - umetnički prikaz Ima rešenja i za nulu. Pošto je fizika jedna domišljata i filozofski nastrojena nauka, ona je dozvolila postojanje teorije iz koje je nula izbačena (barem po pitanju dimenzija). To je teorija struna. U njoj čestice više nisu tačke bez dimenzija, nego su jednodimenzione. Na taj način pomenuti problem sa nultom razdaljinom i beskonačnim veličinama za masu i naelektrisanje nestaje.

No, ova teorija se smatra više filozofijom nego naukom. Ona se ne može dokazati pošto joj se, po svemu sudeći, ni blizu ne može prići eksperimentom. Ona kao da postoji samo u vidu matematičkog objašnjenja prirode.

Pomalo kao i nula. Kada je pišemo na papiru, uokvirujemo jednu prazninu. Indijci su uveli takvu oznaku uokvirivši ništa jer je ono bilo jedini sadržaj nule.

Danas nam se čini da je ona u tom svom trbuhu sakrila mnoge tajne prirode. Oči današnje nauke ne mogu je razotkriti.