Posljednjih nekoliko godina događaju se velika otkrića u svijetu fizike, a nove spoznaje mogu promijeniti svijetu u kojem živimo jer odgovaraju na fundamentalna pitanja poput kako je nastao svemir i koja je svrha našeg postojanja. Proteklog ponedjeljka objavljena je velika vijest da su znanstvenici prvi put u povijesti otkrili izravne dokaze da je svemir u najranijoj fazi velikog praska prošao kroz tzv. inflaciju, eksplozivno širenje koje se odvijalo brzinom većom od brzine svjetlosti. Tim povodom razgovarali smo s dr. Ivicom Puljkom, profesorom fizike na splitskom Fakultetu elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje (FESB).
* Profesore Puljak, možete li reći nekoliko riječi o sebi?
– Diplomirani sam inženjer elektrotehnike. Nakon što sam diplomirao na splitskom PMF-u, magistrirao sam fiziku u Zagrebu 1998, a 2000. sam doktorirao u Parizu. Diplomski rad sam odradio u CERN-u 1993. godine.
* Široj domaćoj, osobito znanstvenoj javnosti, poznati ste po tome što ste bili dio tima u CERN-u koji se bavio istraživanjem Velikog kadronskog sudarača (LCL). Što se to tako revolucionarno otkrilo na tom projektu da je zavrijedilo Nobelovu nagradu?
– Mi danas promatramo prirodu na jedan specifičan način za kojega možemo reći da traje nekih 400 godina, od kada je Galileo Galilei prvi put pogledao kroz teleskop i uvidio da Mjesec nije tako idealan objekt kako se do tada vjerovalo. On je tada uspostavio metodu koja se zove znanstvena metoda s kojom mi spoznajemo prirodu. Od tada smo razvili teoriju koja se zove standardni model fizike elementarnih čestica i njihovih interakcija koja na najfundamentalniji način opisuje prirodu koja nas okružuje. Ona kaže da se priroda sastoji od elementarnih čestica i da te četice djeluju određenim silama, te da konceptualno tako možete cijelu prirodu opisati. Na tim temeljima, baziranim na kvantnoj fizici i specijalnoj teoriji relativnosti, sazdana je de facto čitava znanost.
Higgsov bozon
Ono što je znanost prije oko 50 godina shvatila je da postoji konceptualni problem s tom teorijom i to takav da ona ne može istovremeno opisati prirodne zakone kakve poznamo i čestice ne mogu istovremeno imati masu. Tada je uslijedila dilema; hoćemo li napustiti prirodne zakone za koje smo do tad vidjeli da funkcioniraju ili ćemo napustiti koncert da čestice imaju masu. Dilema je trajala do šest fizičara, od kojih se jedan zove Peter Higgs, nije predočilo jedan mehanizam koji predočava kako spomenuta teorije ipak može ostati nepromijenjena, a da čestice mogu imati masu. Taj mehanizam, kojim čestice dobivaju masu, zove se Higgsov mehanizam. Fizičari su teorijski opisali taj mehanizam i rekli: ako taj mehanizam funkcionira i ako se napravi pravilan eksperiment, rezultat bi, među ostalim, morao biti pronalazak čestice koja je posljedice toga mehanizma. Ta čestica se naziva Higgsov bozon, po fizičaru Higgsu. Dana 4. srpnja 2012. dvije skupine znanstvenika (CMS i Atlas), promatrajući sudare protona na velikom hadronskom sudaraču u CERN-u su, nezavisno jedna od druge, objavile otkriće nove čestice, oko 130 puta teže od protona. Prema svim pokazateljima, riječ je upravo o Higgsovom bozonu, te su za svoj doprinos ovom otkriću François Englert i Peter Higgs podijelili Nobelovu nagradu za fiziku 2013. godine.
U CERN-u je sudjelovalo više od 10.000 znanstvenika
Tim znanstvenika, među kojima sam bio i ja, prvo je sudjelovao u stvaranju koncepcije eksperimenta. Sam akcelerator u CERN-u nije nešto spektakularno u smislu da predstavlja neku novinu, on je samo veći akcelerator u odnosu na prethodne generacije, te je najveći znanstveni instrument ikada sagrađen do današnjih dana. Dug je 27 kilometara. Na cijelom projektu radilo je preko 10.000 znanstvenika i to je prvi put da se cijeli svijet ujedinio oko jedne znanstvene ideje. Čak je to i sociološki zanimljivo jer smo dokazali da se svijet možete ujediniti oko ideja koje spajaju – a to su upravo znanstvene ideje. Znanstvene ideje lišene su subjektivnosti jer se sve mora bazirati na dokazima dobivenih eksperimentima.
Osnovna ideja bila je da se u 27 kilometara dugom akceleratoru ubrzaju protoni do približno brzine svjetlosti i u tom trenutku energiju koju oni imaju i pretvori u masu, a gustoća energije u tim sudarima odgovara gustoći energije koja je vladala kada je Svemir bio star 10^(-12) sekundi, tj. jedan milijunti dio jednog milijuntog dijela sekunde. Rekreirajući te uvjete, kakvi su vladali tada, nadamo se da ćemo uspjeti stvoriti takve uvjete u kojem je stvorena čestica Higgsov bozon. Da je pronađemo, bilo bi dokazano da funkcionira mehanizam kojega su prije 50 godina opisali teoretirači.
U procesu konstruiranje detektora nužno je izmisliti nove tehnologije, jer nije se moglo detektore “kupiti u dućanu” već smo ih morali sami osmisliti. Neke od tehnologija koje smo osmislili jer primjerice World Wide Web (www), da bi nam pomogao pri našem radu, a danas ga cijeli svijet koristi. Neke od tehnologija koje smo izmislili da bi promatrali Svemir onakav kakav je bio kada se stvorio, danas imaju primjenu u medicini. Nas ne zanima razvoj tehnologije, to je nus pojava naših istraživanja. Prije neke 4 godine konačno smo upalili akcelerator, a nakon “porođajnih” muka akcelerator je počeo raditi 2011. godine. Dvije godine smo skupljali podatke, i kada smo ih analizirali zaključili smo da smo otkrili jedan novi fenomen u prirodi, koji se nalazi na specifičnom mjestu, a cijelu smo prošlu godinu proučavali odgovara li novootkrivena čestica Higgsovom bozonu. Tek kada smo utvrdili da odgovora Higgsovom bozonu, Nobelov komitet je dodijelio Nobelovu nagradu dvojici od šest teoretičara, ali zahvaljujući našim rezultatima.
* Je li se čestica otkrila više od jednom?
– Najprije smo česticu vidjeli u srpnju 2012. godine. Istovremeno je drugi tim neovisno od našeg tima radio isti eksperiment i oni su isto pronašli. Kasnije smo i jedni i drugi eksperiment ponovili i dobili smo isto. Kada se zna da su za svaki tim radile dvije neovisne grupe, može se reći da u 8 odvojenih i neovisnih eksperimentira pronađen uvijek isti fenomen. Zato smo bili dovoljno sigurni da možemo reći da se uistinu radi o Higgsovom bozonu.
* Znanstvenici su prvi put u povijesti otkrili izravne dokaze da je svemir u najranijoj fazi velikog praska prošao kroz tzv. inflaciju i to nazvali velikim otkrićem. O čemu se zapravo radi?
– Kada promatramo Sunce sa Zemlje, mi ga vidimo kakvo je bilo prije 8 minuta. Ako promatramo Proxima Centauri, koja je najbliža zvijezda Zemlji, vidimo je kakva je bila prije 4,2 godine. Ono što vidimo u svemiru uvijek je daleka prošlost. Tako možemo ići sve više u prošlost do krajnje granice od oko 380.000 godina od početka svemira. To je prije 13,8 milijardi godina. To je zadnja granica do koje se može vidjeti, nakon toga je svemir neproziran i ne može se dalje gledati unazad. Mi smo puno toga saznali promatrajući svemir pomagalima kao što su radar. S njim se može vidjeti kakav je bio svemir kad je bio star 380.000 godina. To toga se otkrića došlo slučajno i to je danas jedan od najboljih načina promatranja svemira. Drugi način je da se pokuša rekreirati iste uvjete koji su vladali kada se stvarao svemir. Kako se podiže energije, tako se približavamo sve više i više samom početku stvaranja svemira. Uz pomoć akceleratora u Ženevi došli smo najbliže. On ima gustoću energije koja odgovara onoj koju je svemir imao 10^(-12) sekundi nakon stvaranja. Dogodine će se energija u akceleratoru udvostručiti što će nas dovesti još bliže uvjetima koji su vladali u trenutku stvaranja svemira. Danas možemo konceptualno reći da znamo kako je izgledao svemir kad je bio star 10^(-12) sekundi do danas jer smo sve ti ispitali. No, od 0 do 10^(-12) sekundi ne znamo.
Ima velikih probleme u razumijevanju svemira, a jedan od njih je sljedeći. Primjerice, kada gledamo kako je izgledao svemir prije 10 milijardi godina, i kada mu izmjerimo temperaturu, vidimo da mi je temperatura 2 Kelvina. Kada potom pogledamo u suprotnom smjeru, temperatura mu je ista, dva Kelvina! Nameće se pitanje kako je moguće da dva suprotna kraja svemira imaju podjednaku temperaturu ako znamo da dva tijela imaju istu temperaturu jedino ako se dotiču. Odgovor na to pitanje je da su ta dva tijela u jednom trenutku bila zajedno i da su se tako brzo raširila da nisu imala vremena “odkomunicirati” da su sada u područjima s različitim temperaturama. Tu teoriju nazivamo teorijom velike inflacije. To je teorija koja kaže da se svemir odmah po stvaranju, u jednom trenutku, proširio na ogromne udaljenosti. Nakon toga se svemir nastavio širiti, ali neusporedivo sporije. Dugo se smatralo da tu teoriju nikada nećemo moći testirati jer je to trenutak kada je svemir bio star 10^(-36) sekundi od stvaranja. Kada bi htjeli takvu energiju proizvesti u akceleratoru, on bi morao biti dugačak od Zemlje do najbliže zvijezde izvan Sunčevog sustava!
Sjedinjenje dviju velikih teorija?
Teoretičari su shvatili da taj događaj, ako se dogodio, on je morao u prostor-vremenu ostaviti određen potpis. Taj potpis je učinio da svjetlo koje vidimo kada je svemir bio star 380.000 godina ima neke specijalne karakteristike. Slično, kao kada svjetlo prolazi kroz atmosferu ono zbog atmosfere biva izobličeno. Mjereći takvo svjetlo možemo posredno doći do zaključka od čega se sastoji atmosfera i kakve su joj karakteristike. Na isti način, mjereći svjetlost koja dođe do nas kada je svemir bio star 380.000 godina, možemo doći do zaključka kako je izgledao svemir kada je bio star 10^(-36) sekundi od stvaranja. Upravo je do toga rezultata došao tim stručnjaka pod vodstvom Johna M. Kovaca iz Centra za astrofiziku Harvard-Smithsonian. Ne samo da su oni izmjerili gravitacijske valove koji su uzrokovali da se prostor i vrijeme promijene, nego su izmjerili fenomen koji ima karakteristike kvantne gravitacije.
Dvije su velike teorije koje opisuju prirodu. To su kvantna fizika i opća teorije relativnosti. Do danas ih nismo uspjeli ujediniti. Jedna opisuje super malo, a druga super veliko. Najveći umovi svijeta su zadnjih stotinjak godina pokušavali riješiti taj problem. Sada je prvi put da se taj fenomen izmjerio, ako se pokaže da je to točno.
* U prezentaciji rezultata istraživanja rečeno je da se svemir za vrijeme inflacije širio brže od brzine svjetlosti. Kosi li se to s teorijom relativnosti po kojoj ništa ne može putovati brže od brzine svjetlosti?
– Specijalna teorija relativnosti kaže da se niti jedan signal ne može propagirati brže od brzine svjetlosti. Ona ne kaže da je to nije maksimalna moguća brzina, radi se o brzini prenošenje informacije. Prostor se može širiti brže od brzine svjetlosti što je i dokazano.
* U sjeni velikih dostignuća i otkrića u modernoj fizici posljednjih godina, “običnim” ljudima može ostati nejasno zašto se ulažu golemi novci u takve projekte. Netko može postaviti pitanje, po čemu ćemo bolje živjeti zbog novih otkrića?
– To je normalno pitanje, često ga postavljaju i političari kada daju novce za neko znanstveno istraživanje. Prvi razlog zašto ulagati u znanosti i istraživanja jer to da čovjek teži k znanju, ljudi žele znati. Želimo znati kako izgleda priroda oko nas, kako je nastao svemir, kuda idemo, kako će sve završiti. Drugi razlog tiče se pomicanja granica znanja. Kada se to događa, nužna je nova tehnologija. Ispitujemo nepoznato, a za to je potrebna nova tehnologija. Ta nova tehnologija usput pomaže čitavom svijetu na različitim područjima.
Upravo zbog znanosti, danas je svijet znatno bolje mjesto za život nego bilo kada u povijesti. Danas je, globalno gledajući, puno manje gladi, puno manje ratova, ljudi su slobodniji, a znanost je doprinijela tome. Najbolji način borbe protiv siromaštva, gladi jer upravo ulaganje u znanost jer ono posredno doprinosi napretku društva.
* Ulažu li Split i Dalmacija dovoljno u znanost, je li onda dovoljno zastupljena u našem društvu?
– Jedan od razloga zašto je naše društvo u problemima je da ne valorizira obrazovanje, a zatim i znanost koliko bi trebalo. Obrazovanje bi trebalo biti prioritet, čak prije samih gospodarskih pitanja. Jer ulaganje u obrazovanje jest ulaganje u gospodarstvo. To se vidi i na trivijalnom primjeru, u Splitu se 20 godina ne uspijeva sagraditi škola. Mi pitamo Europu novce da nam sagradi školu. Kako to drugi grad po veličini jedne države izgleda kada ne može sagraditi školu svojoj djeci. To znači da ste se stvarno predali.
Drugo je pitanje je imamo li gdje promovirati znanost. Sigurno da je jedan dio odgovornosti na samim znanstvenicima, profesorima, svima nama. Mi se moramo više truditi približiti znanost ljudima, osobito unutar obrazovanja. U Americi kada pitate roditelje, čak 80 posto njih kažu da bi voljeli da im se djeca izgrade karijeru u znanosti. Kada kod nas isto pitate roditelji, za znanost se opredijeli tek 20 posto. Naši roditelji žele da ima djeca rade nešto “praktično”. Kad to promijenimo u društvu, tek onda ćemo stvarno krenuti naprijed velikom brzinom. Nije to samo problem Splita i Dalmacije, već i cijele Hrvatske.
* U Hrvatskoj ogroman broj nadarenih i obrazovanih ljudi napušta zemlju trbuhom za kruhom. Na taj način naša država uloži novce u obrazovanje nekog naraštaja, a ono najbolje od naraštaja onda obogati neku drugu državu u najširem smislu riječi. Zašto nam se to događa?
– Gotovo nema zapadnoeuropske države koja ne ulaže u mlade i perspektivne ljude. Na zapadu se oko 3 posto BDP-a ulaže u znanost, a mi ulažemo 0,7 posto.
* Jeste li zadovoljni sa svojim studentima u Splitu?
– Naši studenti kada završe fakultet imaju dobre mogućnosti za daljnji rad i razvoj. S čime osobno nisam zadovoljan jest razina radnih navika. To se osobito vidi kada iz srednjih škola dođu na fakultet. Što se tiče srednjih škola, mislim da nas izjeda u društvu populizam. Odgajamo generacije djece da se manje trude i da manje rade nego što bi trebalo. Mladi ljudi moraju shvatiti da im nitko neće ništa dati u životu i da se za sve moraju sami izboriti. To ih moramo govoriti od malih nogu. Ako to uspijemo promijeniti, onda će mladi koji se upisuju na fakultete biti svjesni da će njihova budućnost ovisiti o njihovom znanju. Za takvo što je potrebna jaka radna navika.
* Koja je to znanost 21. stoljeća, ako postoji?
Često se govori da su to biologija ili molekularna biologija, no moderna znanost teži multidisciplinarnosti. To je znanost u kojem morate poznavati načela i u kojoj morate znati povezati jako puno stvari. Znanstvenik danas mora biti multidisciplinaran.
* Mogu li se dostignuća u znanosti zloupotrijebiti?
– Naravno, svaka priča ima svijetlu i tamnu stranu. Zloporaba određenih znanja i dostignuća može ugroziti našu civilizaciju kao takvu, no ako ljudi i mogu doći u opasnost da sami sebi budu najveća prijetnja, za naš planet nema opasnosti. Zemlja je milijune i milijune godina postojala bez čovjeka, te je on nepotreban. S druge strane, znanost je učinila da nas na Zemlji danas živi 7 milijardi. Nasilje u svijetu danas dramatično opada. Danas u New Yorku možete šetati gdje vas je god volja. Svijet napreduje i to će nastaviti raditi.
* Što bi vi poručili mladim ljudima koje zanima znanost?
– Ja bih inače poručio mladim ljudima da je ovaj svijet izvanredno mjesto za život. Svijet je sve bolji i bolji. Vrlo često se može čuti da ništa ne valja, da je sve gore i gore. Kada se pogleda statistika, najbolja godina u povijesti ljudskog roda bila je 2013. godina, prije toga 2012. itd. Najmanje je ratova, siromaštva, gladi nego ikada do sada. Ljudi žive sve bolje i kvalitetnije, globalno! Neki dijelovi svijeta žive lošije, no globalno je prosjek sve bolji. O tome svjedoče svjetske statistike. Svijet će nastaviti napredovati, tehnologija koja nam je dostupna, medicina, sve će to učiniti da budućnost pred nama bude izvanredna.
Jedini način da profitiramo od mogućnosti koje nam se nude ili će se nuditi jest znanje. Mladi ljudi moraju shvatiti da moraju stjecati znanja i vještine da bi mogli iskoristili sve mogućnosti koje ima budućnost donosi.