Η Φυσική έχει υποβιβάσει τη μάζα
Κάθεσαι εδώ και διαβάζεις αυτό το άρθρο. Ίσως είναι ένα έντυπο αντίγραφο ή ένα ηλεκτρονικό βιβλίο σε υπολογιστή tablet ή ηλεκτρονικό αναγνώστη. δεν πειράζει. Ό,τι κι αν το διαβάζετε, μπορούμε να είμαστε εύλογα σίγουροι ότι είναι φτιαγμένο από κάποιο είδος:χαρτί, κάρτα, πλαστικό, που ίσως περιέχει μικροσκοπικά μεταλλικά ηλεκτρονικά αντικείμενα σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων. Ό,τι κι αν είναι, το ονομάζουμε ύλη ή υλική ουσία. Έχει μια χαρακτηριστική ιδιότητα που ονομάζουμε στερεότητα. Έχει μάζα.
Αλλά τι ακριβώς είναι η ύλη; Φανταστείτε έναν κύβο πάγου, με μήκος λίγο περισσότερο από μία ίντσα (ή 2,7 εκατοστά). Φανταστείτε να κρατάτε αυτόν τον κύβο πάγου στην παλάμη του χεριού σας. Κάνει κρύο και λίγο γλιστράει. Ζυγίζει σχεδόν τίποτα, αλλά ξέρουμε ότι ζυγίζει κάτι .
Ας κάνουμε την ερώτησή μας λίγο πιο εστιασμένη. Από τι είναι φτιαγμένος αυτός ο κύβος πάγου; Και, ένα σημαντικό δευτερεύον ερώτημα:Τι ευθύνεται για τη μάζα του;
Για να καταλάβουμε από τι αποτελείται ένας κύβος πάγου, πρέπει να βασιστούμε στη μάθηση που απέκτησαν οι χημικοί. Βασιζόμενοι σε μια μακρά παράδοση που καθιέρωσαν οι αλχημιστές, αυτοί οι επιστήμονες έκαναν διάκριση μεταξύ διαφορετικών χημικών στοιχείων, όπως το υδρογόνο, ο άνθρακας και το οξυγόνο. Η έρευνα σχετικά με τα σχετικά βάρη αυτών των στοιχείων και τους συνδυασμένους όγκους αερίων οδήγησε τους John Dalton και Louis Gay-Lussac στο συμπέρασμα ότι διαφορετικά χημικά στοιχεία αποτελούνται από άτομα με διαφορετικά βάρη που συνδυάζονται σύμφωνα με ένα σύνολο κανόνων που περιλαμβάνουν ακέραιους αριθμούς ατόμων. /P>
Το μυστήριο του συνδυασμού όγκων υδρογόνου και αερίου οξυγόνου για την παραγωγή νερού επιλύθηκε όταν συνειδητοποιήθηκε ότι το υδρογόνο και το οξυγόνο είναι και τα δύο διατομικά αέρια, H2 και O2 . Το νερό είναι τότε μια ένωση που αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου, H2 O.
Αυτό απαντά εν μέρει στην πρώτη μας ερώτηση. Ο κύβος πάγου μας αποτελείται από μόρια H2 O οργανωμένη σε κανονική συστοιχία. Μπορούμε επίσης να κάνουμε μια αρχή στη δεύτερη ερώτησή μας. Ο νόμος του Avogadro δηλώνει ότι ένα mole χημικής ουσίας θα περιέχει περίπου 6 × 10 διακριτά «σωματίδια». Τώρα, μπορούμε να ερμηνεύσουμε ένα mole ουσίας απλώς ως το μοριακό του βάρος που κλιμακώνεται σε ποσότητες γραμμαρίων. Υδρογόνο (με τη μορφή H2 ) έχει σχετικό μοριακό βάρος 2, πράγμα που σημαίνει ότι κάθε άτομο υδρογόνου έχει σχετικό ατομικό βάρος 1. Οξυγόνο (O2 ) έχει σχετικό μοριακό βάρος 32, πράγμα που σημαίνει ότι κάθε άτομο οξυγόνου έχει σχετικό ατομικό βάρος 16. Νερό (H2 Ο) επομένως έχει σχετικό μοριακό βάρος 2 × 1 + 16 =18.
Συμβαίνει ο κύβος πάγου μας να ζυγίζει περίπου 18 γραμμάρια, που σημαίνει ότι αντιπροσωπεύει ένα μόριο νερού, περισσότερο ή λιγότερο. Σύμφωνα με το νόμο του Avogadro πρέπει επομένως να περιέχει περίπου 6 × 10 μόρια H2 Ο. Αυτό φαίνεται να δίνει μια οριστική απάντηση στο δεύτερο ερώτημά μας. Η μάζα του κύβου πάγου προέρχεται από τη μάζα των ατόμων υδρογόνου και οξυγόνου που υπάρχουν σε 6 × 10 μόρια H2 O.
Αλλά, φυσικά, μπορούμε να πάμε παρακάτω. Μάθαμε από τον J.J. Thomson, Ernest Rutherford και Niels Bohr και πολλοί άλλοι φυσικοί στις αρχές του 20ου αιώνα, ότι όλα τα άτομα αποτελούνται από έναν βαρύ, κεντρικό πυρήνα που περιβάλλεται από φως, σε τροχιά ηλεκτρόνια. Στη συνέχεια μάθαμε ότι ο κεντρικός πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα καθορίζει τη χημική ταυτότητα του στοιχείου:Ένα άτομο υδρογόνου έχει ένα πρωτόνιο, ένα άτομο οξυγόνου έχει οκτώ (αυτό ονομάζεται ατομικός αριθμός). Αλλά η συνολική μάζα ή το βάρος του πυρήνα καθορίζεται από τον συνολικό αριθμό πρωτονίων και νετρονίων στον πυρήνα.
Το υδρογόνο εξακολουθεί να έχει μόνο ένα (ο πυρήνας του αποτελείται από ένα μόνο πρωτόνιο - χωρίς νετρόνια). Το πιο κοινό ισότοπο οξυγόνου έχει—μάντεψε τι;—16 (οκτώ πρωτόνια και οκτώ νετρόνια). Προφανώς δεν είναι τυχαίο ότι αυτές οι μετρήσεις πρωτονίων και νετρονίων είναι οι ίδιες με τα σχετικά ατομικά βάρη που ανέφερα παραπάνω.
Αν αγνοήσουμε τα ηλεκτρόνια του φωτός, τότε θα μπούμε στον πειρασμό να ισχυριστούμε ότι η μάζα του κύβου πάγου βρίσκεται σε όλα τα πρωτόνια και τα νετρόνια στους πυρήνες των ατόμων υδρογόνου και οξυγόνου του. Κάθε μόριο του H2 Το O συνεισφέρει 10 πρωτόνια και οκτώ νετρόνια, οπότε αν υπάρχουν 6 × 10 μόρια στον κύβο και αγνοήσουμε τη μικρή διαφορά μάζας μεταξύ ενός πρωτονίου και ενός νετρονίου, συμπεραίνουμε ότι ο κύβος περιέχει συνολικά περίπου 18 φορές αυτόν τον αριθμό, ή 108 × 10 πρωτόνια και νετρόνια.
Μέχρι εδώ καλά. Αλλά δεν έχουμε τελειώσει ακόμα. Τώρα γνωρίζουμε ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια δεν είναι στοιχειώδη σωματίδια. Αποτελούνται από κουάρκ. Ένα πρωτόνιο περιέχει δύο κουάρκ επάνω και ένα κουάρκ κάτω, ένα νετρόνιο δύο κουάρκ κάτω και ένα κουάρκ επάνω. Και η χρωματική δύναμη που συνδέει τα κουάρκ μέσα σε αυτά τα μεγαλύτερα σωματίδια μεταφέρεται από γκλουόνια χωρίς μάζα.
Εντάξει, σίγουρα θα συνεχίσουμε. Αν για άλλη μια φορά προσεγγίσουμε τις μάζες των άνω και κάτω κουάρκ ως ίδιες, απλώς πολλαπλασιάζουμε επί τρία και μετατρέπουμε 108 × 10 πρωτόνια και νετρόνια σε κουάρκ 324 × 10 πάνω και κάτω. Συμπεραίνουμε ότι αυτό είναι όπου κατοικεί όλη η μάζα. Ναι;
Όχι. Εδώ ξετυλίγονται οι αφελείς ατομικές προκαταλήψεις μας. Μπορούμε να αναζητήσουμε τις μάζες των άνω και κάτω κουάρκ στον ιστότοπο Particle Data Group. Τα άνω και κάτω κουάρκ είναι τόσο ελαφριά που οι μάζες τους δεν μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια και αναφέρονται μόνο εύρη. Τα ακόλουθα αναφέρονται όλα σε μονάδες MeV/c . Σε αυτές τις μονάδες η μάζα του επάνω κουάρκ δίνεται ως 2,3 με εύρος από 1,8 έως 3,0. Το down quark είναι λίγο βαρύτερο, 4,8, με εύρος από 4,5 έως 5,3. Συγκρίνετε αυτά με τη μάζα του ηλεκτρονίου, περίπου 0,51 μετρημένη στις ίδιες μονάδες.
Τώρα έρχεται το σοκ. Στις ίδιες μονάδες MeV/c η μάζα του πρωτονίου είναι 938,3, το νετρόνιο 939,6. Ο συνδυασμός δύο up quark και ενός down quark μας δίνει μόνο το 9,4, ή μόλις το 1 τοις εκατό της μάζας του πρωτονίου. Ο συνδυασμός δύο down quark και ενός up quark μας δίνει μόνο το 11,9, ή μόλις το 1,3 τοις εκατό της μάζας του νετρονίου. Περίπου το 99 τοις εκατό των μαζών του πρωτονίου και του νετρονίου φαίνεται να αγνοείται. Τι πήγε στραβά;
Για να απαντήσουμε σε αυτή την ερώτηση, πρέπει να αναγνωρίσουμε με τι έχουμε να κάνουμε. Τα κουάρκ δεν είναι αυτοτελή «σωματίδια» του είδους που θα μπορούσαν να φανταστούν οι Έλληνες ή οι μηχανικοί φιλόσοφοι. Είναι σωματίδια κβαντικών κυμάτων. θεμελιώδεις δονήσεις ή διακυμάνσεις στοιχειωδών κβαντικών πεδίων. Τα άνω και κάτω κουάρκ είναι μόνο λίγες φορές βαρύτερα από το ηλεκτρόνιο και έχουμε αποδείξει την κυματοσωματιδιακή φύση του ηλεκτρονίου σε αμέτρητα εργαστηριακά πειράματα. Πρέπει να προετοιμαστούμε για κάποια περίεργη, αν όχι εντελώς παράξενη συμπεριφορά.
Και ας μην ξεχνάμε τα γκλουόνια χωρίς μάζα. Ή ειδική σχετικότητα και E =mc . Ή τη διαφορά μεταξύ «γυμνής» και «ντυμένης» μάζας. Και, τελευταίο αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, ας μην ξεχνάμε τον ρόλο του πεδίου Higgs στην «προέλευση» της μάζας όλων των στοιχειωδών σωματιδίων. Για να προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τι συμβαίνει μέσα σε ένα πρωτόνιο ή ένα νετρόνιο, πρέπει να προσεγγίσουμε την κβαντική χρωμοδυναμική, την κβαντική θεωρία πεδίου της χρωματικής δύναμης μεταξύ των κουάρκ.
Τα κουάρκ και τα γκλουόνια έχουν χρωματική «φόρτιση». Τι ακριβώς είναι αυτό; Δεν έχουμε κανέναν τρόπο να ξέρουμε πραγματικά. Γνωρίζουμε ότι το χρώμα είναι μια ιδιότητα των κουάρκ και των γκλουονίων και υπάρχουν τρεις τύποι, τους οποίους οι φυσικοί έχουν επιλέξει να ονομάσουν κόκκινο, πράσινο και μπλε. Αλλά, όπως κανείς δεν έχει «δεί» ποτέ ένα απομονωμένο κουάρκ ή γκλουόνι, έτσι λίγο πολύ εξ ορισμού κανείς δεν έχει δει ποτέ ένα γυμνό έγχρωμο φορτίο. Στην πραγματικότητα, η κβαντική χρωμοδυναμική (QCD) υποδηλώνει ότι εάν ένα χρωματικό φορτίο μπορούσε να εκτεθεί έτσι, θα είχε σχεδόν άπειρη ενέργεια. Το αξίωμα του Αριστοτέλη ήταν ότι «η φύση απεχθάνεται το κενό». Σήμερα θα μπορούσαμε να πούμε:"η φύση απεχθάνεται ένα γυμνό χρωματικό φορτίο."
Λοιπόν, τι θα συνέβαινε αν μπορούσαμε να δημιουργήσουμε με κάποιο τρόπο ένα απομονωμένο κουάρκ με γυμνό χρωματικό φορτίο; Η ενέργειά του θα ανέβαινε μέσα από την οροφή, περισσότερο από αρκετή για να δημιουργήσει εικονικά γκλουόνια από τον «άδειο» χώρο. Ακριβώς όπως το ηλεκτρόνιο που κινείται μέσα από το δικό του αυτοπαραγόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο συγκεντρώνει ένα κάλυμμα εικονικών φωτονίων, έτσι και το εκτεθειμένο κουάρκ συγκεντρώνει ένα κάλυμμα από εικονικά γκλουόνια. Σε αντίθεση με τα φωτόνια, τα ίδια τα γλουόνια φέρουν έγχρωμο φορτίο και είναι σε θέση να μειώσουν την ενέργεια, εν μέρει, καλύπτοντας το εκτεθειμένο χρωματικό φορτίο. Σκεφτείτε το ως εξής:Το γυμνό κουάρκ ντρέπεται πολύ και ντύνεται γρήγορα με ένα κάλυμμα από γκλουόνια.
Αυτό όμως δεν είναι αρκετό. Η ενέργεια είναι αρκετά υψηλή για να παράγει όχι μόνο εικονικά σωματίδια (όπως ένα είδος θορύβου φόντου ή συριγμό), αλλά και στοιχειώδη σωματίδια. Στην σύγκρουση για την κάλυψη του εκτεθειμένου χρωματικού φορτίου, παράγεται ένα αντι-κουάρκ το οποίο ζευγαρώνει με το γυμνό κουάρκ για να σχηματίσει ένα μεσόνιο. Ένα κουάρκ δεν είναι ποτέ —αλλά ποτέ —βλέπεται χωρίς συνοδό.
Αλλά αυτό ακόμα δεν το κάνει. Για να καλύψουμε πλήρως το χρωματικό φορτίο θα χρειαστεί να βάλουμε το αντι-κουάρκ ακριβώς στην ίδια θέση ακριβώς την ίδια στιγμή με το κουάρκ. Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg δεν θα αφήσει τη φύση να εντοπίσει το κουάρκ και το αντι-κουάρκ με αυτόν τον τρόπο. Θυμηθείτε ότι μια ακριβής θέση συνεπάγεται μια άπειρη ορμή και ένας ακριβής ρυθμός μεταβολής της ενέργειας με το χρόνο συνεπάγεται μια άπειρη ενέργεια. Η φύση δεν έχει άλλη επιλογή από το να αρκεστεί σε έναν συμβιβασμό. Δεν μπορεί να καλύψει πλήρως το χρωματικό φορτίο, αλλά μπορεί να το καλύψει με το αντι-κουάρκ και τα εικονικά γκλουόνια. Η ενέργεια μειώνεται τουλάχιστον σε ένα διαχειρίσιμο επίπεδο.
Αυτό το είδος συμβαίνει επίσης μέσα στο πρωτόνιο και το νετρόνιο. Μέσα στα όρια των σωματιδίων ξενιστή τους, τα τρία κουάρκ κροταλίζουν σχετικά ελεύθερα. Αλλά, για άλλη μια φορά, πρέπει να καλυφθούν τα χρωματικά τους φορτία ή τουλάχιστον να μειωθεί η ενέργεια των εκτεθειμένων φορτίων. Κάθε κουάρκ παράγει μια χιονοθύελλα από εικονικά γκλουόνια που περνούν μπρος-πίσω ανάμεσά τους, μαζί με ζεύγη κουάρκ-αντι-κουάρκ. Οι φυσικοί αποκαλούν μερικές φορές τα τρία κουάρκ που συνθέτουν ένα πρωτόνιο ή ένα νετρόνιο κουάρκ «σθένους», καθώς υπάρχει αρκετή ενέργεια μέσα σε αυτά τα σωματίδια για να σχηματιστεί μια περαιτέρω θάλασσα από ζεύγη κουάρκ-αντι-κουάρκ. Τα κουάρκ σθένους δεν είναι τα μόνα κουάρκ μέσα σε αυτά τα σωματίδια.
Αυτό σημαίνει ότι η μάζα του πρωτονίου και του νετρονίου μπορεί να εντοπιστεί σε μεγάλο βαθμό στην ενέργεια των γκλουονίων και της θάλασσας των ζευγών κουάρκ-αντι-κουάρκ που δημιουργούνται από το χρωματικό πεδίο.
Πως ξέρουμε? Λοιπόν, πρέπει να παραδεχτούμε ότι είναι πραγματικά πολύ δύσκολο να γίνουν υπολογισμοί χρησιμοποιώντας QCD. Η χρωματική δύναμη είναι εξαιρετικά ισχυρή και οι αντίστοιχες ενέργειες των αλληλεπιδράσεων της δύναμης χρώματος είναι επομένως πολύ υψηλές. Θυμηθείτε ότι τα γκλουόνια φέρουν επίσης έγχρωμο φορτίο, επομένως όλα αλληλεπιδρούν με οτιδήποτε άλλο. Ουσιαστικά όλα μπορούν να συμβούν και η παρακολούθηση όλων των πιθανών εικονικών και στοιχειωδών σωματιδίων είναι πολύ απαιτητική.
Αυτό σημαίνει ότι αν και οι εξισώσεις του QCD μπορούν να γραφτούν με σχετικά απλό τρόπο, δεν μπορούν να λυθούν αναλυτικά, σε χαρτί. Επίσης, η μαθηματική τεχνοτροπία που χρησιμοποιείται τόσο επιτυχώς στο QED δεν ισχύει πλέον - επειδή οι ενέργειες των αλληλεπιδράσεων είναι τόσο υψηλές που δεν μπορούμε να εφαρμόσουμε τις τεχνικές επανακανονικοποίησης. Οι φυσικοί δεν είχαν άλλη επιλογή από το να λύσουν τις εξισώσεις σε έναν υπολογιστή.
Σημαντική πρόοδος σημειώθηκε με μια έκδοση του QCD που ονομάζεται "QCD-lite". Αυτή η έκδοση θεωρούσε μόνο γκλουόνια χωρίς μάζα και κουάρκ πάνω και κάτω, και περαιτέρω υπέθεσε ότι τα ίδια τα κουάρκ είναι επίσης χωρίς μάζα (άρα, κυριολεκτικά, "lite"). Οι υπολογισμοί που βασίστηκαν σε αυτές τις προσεγγίσεις έδωσαν μια μάζα πρωτονίου που βρέθηκε να είναι μόλις 10 τοις εκατό ελαφρύτερη από τη μετρούμενη τιμή.
Ας σταματήσουμε να το σκεφτούμε λίγο. Μια απλοποιημένη έκδοση του QCD στην οποία υποθέτουμε ότι κανένα σωματίδιο δεν έχει μάζα για να ξεκινήσει, ωστόσο προβλέπει μια μάζα για το πρωτόνιο που είναι κατά 90 τοις εκατό σωστή. Το συμπέρασμα είναι αρκετά συγκλονιστικό. Το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του πρωτονίου προέρχεται από την ενέργεια των αλληλεπιδράσεων των κουάρκ και γκλουονίων που το αποτελούν.
Ο John Wheeler χρησιμοποίησε τη φράση «μάζα χωρίς μάζα» για να περιγράψει τα αποτελέσματα των υπερθέσεων βαρυτικών κυμάτων που θα μπορούσαν να συγκεντρώσουν και να εντοπίσουν την ενέργεια έτσι ώστε να δημιουργηθεί μια μαύρη τρύπα. Αν αυτό συνέβαινε, θα σήμαινε ότι μια μαύρη τρύπα - η τελική εκδήλωση της ύλης υπερυψηλής πυκνότητας - είχε δημιουργηθεί όχι από την ύλη σε ένα αστέρι που καταρρέει αλλά από τις διακυμάνσεις του χωροχρόνου. Αυτό που πραγματικά εννοούσε ο Wheeler ήταν ότι πρόκειται για μια περίπτωση δημιουργίας μιας μαύρης τρύπας (μάζας) από βαρυτική ενέργεια.
Αλλά η φράση του Wheeler είναι περισσότερο από κατάλληλη εδώ. Ο Frank Wilczek, ένας από τους αρχιτέκτονες του QCD, το χρησιμοποίησε σε σχέση με τη συζήτησή του για τα αποτελέσματα των υπολογισμών QCD-lite. Εάν μεγάλο μέρος της μάζας ενός πρωτονίου και νετρονίου προέρχεται από την ενέργεια των αλληλεπιδράσεων που λαμβάνουν χώρα μέσα σε αυτά τα σωματίδια, τότε αυτό είναι πράγματι "μάζα χωρίς μάζα", που σημαίνει ότι έχουμε τη συμπεριφορά τείνουμε να αποδίδουμε στη μάζα χωρίς να χρειάζεται η μάζα ως ιδιότητα .
Ακούγεται γνώριμο αυτό; Θυμηθείτε ότι στη θεμελιώδη προσθήκη του Αϊνστάιν στην εργασία του του 1905 για την ειδική σχετικότητα, η εξίσωση που εξήγαγε είναι στην πραγματικότητα m =Ε /γ . Αυτή είναι η μεγάλη επίγνωση (όχι Ε =mc ). Και ο Αϊνστάιν ήταν σίγουρα προληπτικός όταν έγραψε:«Η μάζα ενός σώματος είναι ένα μέτρο του ενεργειακού του περιεχομένου». Πράγματι, είναι. Στο βιβλίο του The Lightness of Being , ο Wilczek έγραψε:
Εάν το σώμα είναι ένα ανθρώπινο σώμα, του οποίου η μάζα προκύπτει σε συντριπτική πλειοψηφία από τα πρωτόνια και τα νετρόνια που περιέχει, η απάντηση είναι πλέον ξεκάθαρη και αποφασιστική. Η αδράνεια αυτού του σώματος, με 95 τοις εκατό ακρίβεια, είναι το ενεργειακό του περιεχόμενο.
Στη σχάση ενός πυρήνα U-235, απελευθερώνεται μέρος της ενέργειας των χρωματικών πεδίων μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια του, με δυνητικά εκρηκτικές συνέπειες. Στην αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου που περιλαμβάνει τη σύντηξη τεσσάρων πρωτονίων, η μετατροπή δύο άνω κουάρκ σε δύο κάτω κουάρκ, σχηματίζοντας δύο νετρόνια στη διαδικασία, οδηγεί στην απελευθέρωση λίγης περίσσειας ενέργειας από τα χρωματικά πεδία του. Η μάζα δεν μετατρέπεται σε ενέργεια. Αντίθετα, η ενέργεια μεταβιβάζεται από το ένα είδος κβαντικού πεδίου στο άλλο.
Πού μας αφήνει αυτό; Σίγουρα έχουμε διανύσει πολύ δρόμο από τότε που οι αρχαίοι Έλληνες ατομιστές έκαναν εικασίες για τη φύση της υλικής ουσίας, πριν από 2.500 χρόνια. Αλλά για μεγάλο μέρος αυτού του χρόνου έχουμε μείνει στην πεποίθηση ότι η ύλη είναι ένα θεμελιώδες μέρος του φυσικού μας σύμπαντος. Έχουμε πειστεί ότι είναι η ύλη που έχει ενέργεια. Και, παρόλο που η ύλη μπορεί να είναι αναγώγιμη σε μικροσκοπικά συστατικά, για μεγάλο χρονικό διάστημα πιστεύαμε ότι αυτά θα εξακολουθούσαν να είναι αναγνωρίσιμα ως ύλη—θα εξακολουθούσαν να έχουν την πρωταρχική ποιότητα μάζας.
Η σύγχρονη φυσική μας διδάσκει κάτι μάλλον διαφορετικό, και βαθιά αντίθετο. Καθώς εργαζόμασταν πάντα προς τα μέσα - η ύλη σε άτομα, τα άτομα σε υποατομικά σωματίδια, τα υποατομικά σωματίδια σε κβαντικά πεδία και δυνάμεις - χάσαμε εντελώς την ύλη. Η ύλη έχασε την απτή της. Έχασε την πρωτοκαθεδρία του καθώς η μάζα έγινε δευτερεύουσα ποιότητα, αποτέλεσμα αλληλεπιδράσεων μεταξύ άυλων κβαντικών πεδίων. Αυτό που αναγνωρίζουμε ως μάζα είναι μια συμπεριφορά αυτών των κβαντικών πεδίων. δεν είναι ιδιότητα που τους ανήκει ή είναι αναγκαστικά εγγενής τους.
Παρά το γεγονός ότι ο φυσικός μας κόσμος είναι γεμάτος με σκληρά και βαριά πράγματα, είναι αντίθετα η ενέργεια των κβαντικών πεδίων που κυριαρχούν. Η μάζα γίνεται απλώς μια φυσική εκδήλωση αυτής της ενέργειας, και όχι το αντίστροφο.
Αυτό είναι εννοιολογικά αρκετά συγκλονιστικό, αλλά ταυτόχρονα εξαιρετικά ελκυστικό. Το μεγάλο ενοποιητικό χαρακτηριστικό του σύμπαντος είναι η ενέργεια των κβαντικών πεδίων, όχι των σκληρών, αδιαπέραστων ατόμων. Ίσως αυτό να μην είναι ακριβώς το όνειρο στο οποίο οι φιλόσοφοι μπορεί να κρατούσαν σταθερά, αλλά ένα όνειρο παρόλα αυτά.
Ο Jim Baggott είναι ανεξάρτητος επιστημονικός συγγραφέας. Ήταν λέκτορας χημείας στο Πανεπιστήμιο του Ρέντινγκ, αλλά έφυγε για να εργαστεί με τη Shell International Petroleum Company και στη συνέχεια ως ανεξάρτητος σύμβουλος επιχειρήσεων και εκπαιδευτής. Πολλά βιβλία του περιλαμβάνουν Origins:The Scientific Story of Creation, Higgs:The Invention and Discovery of the ‘God Particle’, A Quantum Story:A History in 40 Moments, και Ένας οδηγός για αρχάριους στην πραγματικότητα.
Προσαρμογή από Μάζα:Η αναζήτηση κατανόησης της ύλης από τα ελληνικά άτομα έως τα κβαντικά πεδία από τον Jim Baggott. Πνευματικά δικαιώματα © 2017 από τον Jim Baggott και δημοσιεύεται από τις Oxford University Press. Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος.
Αναφορές
1. Einstein, A. Η αδράνεια ενός σώματος εξαρτάται από το ενεργειακό του περιεχόμενο; Annalen der Physik 18 (1905).
2. Wilczek, F. The Lightness of Being Basic Books, Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη (2008).
Πιστώσεις Photocollage:Physicsworld.com; Thatree Thitivongvaroon / Getty Images
