Czas, przestrzeń i coś jeszcze

Piąty wymiar Lisy
Jest niebywale utalentowana, wściekle pracowita, wymyśliła jedną z najbardziej wyrafinowanych teorii budowy Wszechświata. Ale kto słyszał o Lisie Randall?
Według Randall i Sundruma cały wszeświat, poza grawitacją, jest zamknięty w czterech wymiarach. Ale jest jeszcze jeden wymiar, w którym oddziaływuje grawitacja.
Domen Colja/PantherMedia

Według Randall i Sundruma cały wszeświat, poza grawitacją, jest zamknięty w czterech wymiarach. Ale jest jeszcze jeden wymiar, w którym oddziaływuje grawitacja.

Lisa Randall jest młoda, obdarzona niebywałą inteligencją i aktywna zawodowo. Ktoś taki jest skazany na karierę.
PAP

Lisa Randall jest młoda, obdarzona niebywałą inteligencją i aktywna zawodowo. Ktoś taki jest skazany na karierę.

Lisa Randall jest autorką jednego z najbardziej frapujących modeli teoretycznych Wszechświata. W nieoficjalnych rankingach, uwzględniających liczbę i rodzaj cytowań prac naukowych, jej nazwisko pojawia się w ścisłej czołówce – tuż obok gigantów fizyki, takich jak Steven Weinberg i Edward Witten, ponad Stephenem Hawkingiem, Rogerem Penrose’em czy Maxem Tegmarkiem. Ponadto Randall jest młoda i obdarzona przymiotami nie tylko intelektu (na blogu naukowym Cosmic Variance toczyła się dyskusja, czy wypada porównywać urodę Amerykanki do wdzięków Jodie Foster, czy nie). Jest też niebywale aktywna, nie tylko zawodowo. Zasiada w licznych komitetach naukowych, napisała libretto do opery Héctora Parra o dodatkowych wymiarach Wszechświata, uprawia wspinaczkę skałkową. Czyta Herberta, Sontag i Lampedusę, ale uwielbia też Wodehousa, ogląda dobre seriale („Mad Men”), cytuje Björk i Eminema. Wprawdzie dwie jej książki popularnonaukowe znalazły licznych czytelników, a „Time” i „Newsweek” umieściły Randall na listach najbardziej wpływowych intelektualistów ostatnich lat, a mimo to wciąż pozostaje ona w cieniu innych fizyków, płci męskiej. Dlaczego? Bo nie czaruje.

Strunowcy kontra modelarze

Randall zajmuje się prawdopodobnie najbardziej wyrafinowanymi matematycznie i konceptualnie dziedzinami fizyki – teorią strun i wyrastającą z niej M-teorią. Są one równie obiecujące, co kontrowersyjne. Streszczanie ich złożonej historii i założeń byłoby skazane na porażkę, powiedzmy więc tylko tyle, że są narzędziami, które fizycy wynaleźli, by zespolić dwie wielkie, wspaniałe teorie: mechanikę kwantową oraz ogólną teorię względności. Pierwsza opisuje wydarzenia w skali mikro, druga – w skali kosmologicznej. Obie powstały niemal równolegle, mniej więcej wiek temu. Jednak jak wpleść oddziaływania grawitacyjne w opis zjawisk zachodzących w świecie cząstek elementarnych, jak spójnie ująć matematycznie wszystkie oddziaływania fizyczne – tego wciąż nie wie nikt.

Pewne rozwiązania podsunęła rozwijana od lat 70. ubiegłego wieku teoria strun. W 1974 r. John Schwarz (Amerykanin, dziś California Institute of Technology) i Joël Scherk (nieżyjący już fizyk francuski) w jednym z wielu przebłysków geniuszu dostrzegli w splątanych wątkach dotychczasowych teorii kandydatkę na teorię wszystkiego. Według nich, bazowym elementem rzeczywistości miałyby być struny, czyli (hipotetyczne) maleńkie obiekty o rozmiarach 10-35 m, których drgania (oscylacje) postrzegamy jako masy, ładunki, spiny i inne własności znanych nam cząstek elementarnych. Z czasem teorię strun rozwinięto, dokładając element tak zwanej supersymetrii. Zakłada on, że ekosystem cząstek jest bardzo złożony, bo każdej z nich odpowiada supersymetryczny partner (mamy więc kwarki i skwarki, elektrony i selektrony itd.). W trakcie dalszych dociekań fizycy zauważyli, że struny mogą być tylko szczególnym, jednowymiarowym przypadkiem innych obiektów – nazwanych branami – które mogą się rozciągać w dowolnej liczbie wymiarów. Być może cały nasz czterowymiarowy Wszechświat to nic innego, jak taki kosmologiczny obiekt zanurzony w przestrzeni o większej liczbie wymiarów.

W teorii strun pokładano olbrzymie nadzieje. To była prawdziwa rewolucja. Niepokoiła jednak, między innymi, mnogość różnych, równoważnych (dualnych) sformułowań teorii. Dopiero w 1995 r. Edward Witten, gigant (zwany też papieżem) współczesnej fizyki z Institute for Advanced Study, wyjaśnił kolegom, że większość z nich jest równoważna i że można je przedstawić w formie jednej, wielkiej M-teorii. Co znaczy tajemnicze M, Witten przewrotnie nie doprecyzował. Może mysterious (tajemnicza)? Może magical (magiczna)? Może mother (matka)? A może raczej missing (brakująca)?

Powyższe teorie mają i mniej wdzięczne oblicze. Po pierwsze, wchodzą na niezbadany jeszcze teren matematyki. Po drugie, operują w zakresie skal i energii nieosiągalnych dla współczesnych i prawdopodobnie także przyszłych eksperymentatorów. Po trzecie, mają sens tylko w 10 lub 11 wymiarach, z których wszystkie – poza czterema – są zwinięte do mikroskopijnych rozmiarów (poniżej tzw. skali Plancka). Choć istnienie dodatkowych wymiarów wynika bezpośrednio z prac Einsteina, także i one prawdopodobnie zawsze będą poza zasięgiem analizy doświadczalnej. Po czwarte, teorie owe generują niezliczone rozwiązania, sugerując, że nasz Wszechświat z jego prawami fizyki jest tylko jedną z kwadrylionów jego możliwych realizacji – co jest co najmniej zastanawiające.

Mając tak mocne argumenty do dyskusji, fizycy podzielili się na dwa, niemal antagonistyczne obozy, odgrywając kolejną odsłonę dramatu o antycznej proweniencji. Zwolennicy strun i bran stanęli po stronie Platona, który wierzył w istnienie prawd absolutnych. Naprzeciwko ustawili się duchowi spadkobiercy Arystotelesa, przedkładający konkret ponad teorie piękne, ale pozostające w bliżej nieokreślonym związku z rzeczywistością. Ci ostatni to bardzo liczni fizycy ulepszający od lat Model Standardowy – może nie najpiękniejszą, ale skuteczną i systematycznie potwierdzaną doświadczalnie teorię, obejmującą trzy z czterech podstawowych oddziaływań.

Kiedy Lisa Randall studiowała na Harvardzie w latach 80., panowie z przeciwnych drużyn nie podawali sobie rąk. Wkrótce, także za sprawą Amerykanki, miało się to zmienić.

Nos plus szczęście

Randall urodziła się w 1962 r., w nowojorskim Queensie, który w powszechnym przekonaniu do Manhattanu ma się mniej więcej tak jak Praga Północ do Żoliborza. Jej ojciec pracował jako reprezentant handlowy, matka zajmowała się głównie domem. Nie słyszano o przypadkach naukowców w rodzinie. Tymczasem Lisa okazała się utalentowaną matematycznie uczennicą, a potem takąż studentką. Wybrała fizykę, bo – jak opowiada – chciała zajmować się czymś, co nosi znamiona trwałej prawdy. Miała się stać pierwszą kobietą, która zdobyła stałe zatrudnienie (wielce pożądany w USA tenure) na wydziale fizyki Princeton University, a potem w Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Harvard University. Stało się tak mimo oporów „nieprzyjaznych środowisk” (Larry Summers, rektor Harvardu w latach 2001–06, zasłynął stwierdzeniem, że brak kobiet w naukowych rankingach „odzwierciedla ich wrodzone niedostatki”). Z tego też powodu Randall mówi o nauce, nie o ludziach, którzy ją uprawiają – bo nie chce zniechęcać kobiet. „Mogłoby się tak stać, gdybym opowiedziała o wszystkich tych facetach” – mówiła miesięcznikowi „Scientific American”.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną