Pregled posta

Diósi-Penrose

Malo fizike za nedjeljnu razonodu. Novopečeni nobelovac Roger Penrose je tokom svoje karijere napravio toliko
da bi trebalo napisati poduži tekst samo sa naslovima tema-a trebalo bi i par doktorata iz primijenjene matematike
i fizike da se bar donekle shvati što je autor htio reći.

U astronomiji je uglavnom zanimljiv zbog svojih radova na temu crnih rupa. Sreo sam ga uživo negdje polovicom
1990-tih na kolokviju koji je na varšavskoj Fizici organiziran povodom Infeldove godišnjice. Penrose je tada bio u
ulozi mlađeg predavača uz Hermanna Bondija, koji je tada već bio u poodmaklim godinama. Taman sam čitao
Penroseovu knjigu "Emperor's new mind" ("Carev novi um") i sjećam se da sam bio iznenađen da se upušta u
takve teme kao kvantna teorija rada mozga.

Danas sam naišao na njegov rad od pred desetak godina na sličnu temu, kolapsa valne funkcije. To je bliže teoriji
rada mozga nego bi se moglo činiti, jer je riječ o vjerojatnostima, dakle mogućnostima da nešto postane stvarno,
kao i ostvarenjima tih mogućnosti.

Ako ste imali rijetku sreću da vam nekompetentni ili frustrirani predavači ne ogade fiziku, možda ste si dozvolili
shvatiti pojam valne funkcije. Taj opis vjerojatnosti događaja (i mjerenja da se događaj stvarno dogodio) je bio
osnova razvoja kvantne fizike tokom prvih 30 godina XX stoljeća. Cijeli kopenhaški misterij, koji se događao oko
Bohra, Heisenberga, Schroedingera, de Brogliea i Einsteina, bavio se upravo značenjem valne funkcije i njenom
vezom sa mjerenjem.

Fizika je iz te priče izašla sa nemalim oštećenjima: ostala je šizofreno podvojene osobnosti, sa nepomirljivim sve
točnijim jednadžbama kvantne teorije polja i temeljito nekvantne apsolutno točne teorije Opće gravitacije. Za obje
se mjerenja slažu s predviđanjima do 18 mjesta iza zareza, a opet, matematički su nepomirljive!

Mnogi prefilozofski nastrojen um je zapeo na tome, bez konkretnih rezultata. Najdublji napredak u smjeru kvantne
teorije gravitacije tražio je-i dobio-novu matematiku Teorije struna i, nešto kasnije, Membrana. Tu su već zapeli mnogi
umovi manje matematičke sposobnosti nego one E. Wittena i sličnih. Penrose je matematičar, ali ne leti u takve visine
kao Witten ili npr. predstavnik francuske škole i njen trenutni prorok, A. Connes, koji za doručak jede teoreme
difeomormizama i grupa Lie 50 i nekog reda, o kojima je moj davni predavač sa Prirodoslovnog fakulteta doktorat
morao pisati u Heidelbergu, jer u Zagrebu na matematici nije bilo sluha za takve fanaberije (i njegov rockerski stil,
eh da, moj naklon, Prof. Š.).

Dakle, Penrose je našao način da pristupi bolesnicima, tj. kvantnoj teoriji i teoriji gravitacije, na pomirljiv
način. Pozabavio se teorijom mjere, i pokušao opisati valnu funkciju kao mjeru vjerojatnosti događaja uz dodatak
efekata koje gravitacija ima na mjerenje. Matematički, u jednadžbu valne funkcije treba dodati korelaciju s masom
koja učestvuje u događaju.

Par godina ranije (ali već dobrano u novom Mileniju) takve funkcije je razmatrao L. Diósi, formalnije nego Penrose,
koji ima poseban talent za prečice u matematičkom razmišljanju-to je često vrlo korisno u fizici, jer inače fizičari,
koji nisu toliko potkovani u formalnoj matematici, ne shvate što je autor htio reći.

Dakle, Diósi-Penrose model zapravo mjeri utjecaj gravitacije na mjerene događaje. Glavni razultat tog modela je
predviđanje neiščezavajućeg utjecaja lokalne zakrivljenosti prostora, dakle gravitacije, na događaje koji uključuju
makroskopske čestice, koje se sastoje od mnogo takvih čestica. Za pojedine mikroskopske objekte (kvarkovi,
atomi) taj utjecaj je nikakav, ali za one mnogočestične je mjerljiv.

Sad bi se opet "filozofi" mogli raspisati o "klasičnom" i "kvantnom" opisu i, prigodno halloweenski uzburkati duhove,
ali ostanimo prizemnije i razmislimo gdje bismo mogli provjeriti drži li teorija vodu. Na zemlji je mjerenje zakrivljenosti
prostora vrlo teško-još ne znamo napraviti male crne rupe. Naime, prostor je najzakrivljeniji oko crnih rupa i neutronskih zvijezda,
dakle, efekti bi tamo morali biti najmjerljiviji. Sad smo se približili mojoj, astronomskoj sferi.

Zahvaljujući fantastično preciznim detektorima, sve preciznije mjerimo signale sa neutronskih zvijezda. U zadnje
vrijeme smo čak izmjerili zvjezdotrese sa njih, a moji kolege iz instituta su upravo objavili članak gdje razmatraju
kako izmjeriti gravitacijske valove sa (par milimetara visokih!) planina na novorođenim milisekundnim pulsarima.
Znanstvena fantastika je mala beba u usporedbi s onim što čitamo u današnjim znanstvenim časopisima! Priznajem,
i sam sam stavio prste u tu (vruću!) juhu, člancima o krivuljama sjaja i oscilacijama koje mjerimo sa neutronskih zvijezda.
Jednostavno je, napraviš model i računaš što promatrač koji gleda iz smjera k, vidi:

U srednjem stupcu su krivulje sjaja iz promatranja, desno su moji rezultati, izračunati iz modela. Mea culpa, ali mogu vam reći
da su ta mjerenja mnogo preciznija nego ono policijskog radara koji vam izmjeri 35 km/h gdje je dozvoljeno 30 km/h i ne bi
vam smjeli naplatiti prekoračenje brzine, jer je instrument svega 10%-tne preciznosti, iako je na svega stotinjak metara udaljen
od objekta koji mjeri. A neutronske zvijezde su na drugom kraju Galaksije ili čak i u drugoj galaksiji, i velike su svega kao Zagreb,
ne kao Sunce!

Koristeći takva mjerenja, možemo provjeriti jesu li predviđanja Diósi-Penrose modela točna, i da li se na signalima sa
neutronskih zvijezda vidi miješanje kvantnog i gravitacijskog utjecaja. Odgovor na to pitanje bi dao mnogo više od
samo dodatnog astronomskog mjerenja: odškrinuli bi vrata prema ozdravljenju drage nam bolesnice, gospođe Fizike,
od šizofrenije, histerije i sličnih boljetica.

Post je objavljen 01.11.2020. u 16:38 sati.