czwartek, 30 czerwca 2016

Bozon Higgsa - Wielki przełom w nauce

Bozon Higgsa - Wielka rewolucja w nauce fizyki


Bozon Higgsa, a potocznie boska cząstka nie bez powodu nazywa się boska, chociaż nie wszyscy fizycy są zadowoleni z takiej jej potocznej nazwy. To bozon Higgsa wedle Modelu Standardowego nadaje masę wszystkim znanym nam cząstkom, sprawia, że materia istnieje. Tak brzmi naukowa teoria, którą prawie na pewno udało się potwierdzić dzięki największej maszynie świata - Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów w Szwajcarii.

Bozon Higgsa (higgson) – hipotetyczna cząstka elementarna, której istnienie jest postulowane przez Model Standardowy, nazwana nazwiskiem Petera Higgsa. W dniu 4 lipca 2012 ogłoszone zostało ostatecznie odkrycie nowej cząstki elementarnej przez eksperymenty ATLAS i CMS, pracujące przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN-ie w Szwajcarii. Masa odkrytej cząstki, jak i wykrycie jej w oczekiwanych kanałach rozpadu wskazuje, że może to być długo poszukiwany bozon Higgsa. 

W czerwcu 2012 roku naukowcy odkryli kolejne ślady jednej z najbardziej tajemniczych cząstek we wszechświecie. Danych o tej tzw. cząstce Higgsa dostarczył amerykański akcelerator Tevatron. Jeśli jej istnienie zostanie potwierdzone, będzie to jeden z największych przełomów w fizyce od 50 lat. Cząstka Higgsa istnieje na razie tylko w teorii, w praktyce nikt jej jeszcze nigdy nie widział; naukowcy szukają jej już od pół wieku. Chcą ją znaleźć za wszelką cenę, bo jest ona ostatnim elementem popularnej teorii zwanej Modelem Standardowym, czyli opisu cząstek, z których zbudowany jest wszechświat. 

Peter Higgs
Boska cząstka nie bez powodu nazywa się boska, chociaż nie wszyscy fizycy są zadowoleni z takiej jej potocznej nazwy. To ona nadaje masę wszystkim znanym nam cząstkom. Ona sprawia, że materia istnieje. Tak brzmi naukowa teoria, którą prawie udało się potwierdzić dzięki największej maszynie świata - Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów w Szwajcarii. Amerykańscy naukowcy pracujący przy praktycznie nieczynnym już akceleratorze Tevatron zanalizowali ostatnie informacje, jakich dostarczyło to urządzenie. Mówią, że natrafili na bardzo wyraźne ślady istnienia cząstki Higgsa, choć nie jest to jeszcze ostateczny dowód. - Na ten moment to najlepsza odpowiedź, jaka istnieje - mówił fizyk Rob Roser z Fermilab. - Dane z Tevatronu bardzo mocno wskazują, że cząstka Higgsa istnieje. Potrzeba jeszcze jednak potwierdzenia od naukowców z Europy - dodaje. 

Kolejne sensacyjne informacje pojawiły się kilka dni później, gdy europejscy naukowcy z akceleratora LHC w Szwajcarii przedstawili własny raport dotyczący poszukiwań cząstki Higgsa. "To niezwykła chwila dla wszystkich naukowców" - Jestem naprawdę podekscytowany. Przez dwie godziny oglądałem konferencję w internecie. Nie mogłem się uspokoić nawet na moment. Powiedziałbym, że to naprawdę niezwykła chwila dla wszystkich naukowców - mówi Martin Archer, który jest fizykiem z Imperial College w Londynie. 

Naukowcy twierdzili już około 2010 roku, że są prawie pewni, że udało się udowodnić istnienie bozonu Higgsa. Są to cząstki, które nigdy dotąd nie były odkryte, a które uważane są za podstawowy budulec wszechświata. Naukowcy z CERN przedstawili swoje ostatnie doniesienia na temat "boskiej cząstki". Odbyło się to przy ogromnym zniecierpliwieniu podczas seminarium w laboratorium fizyki w Genewie.

Naukowcy z CERN wstępnie potwierdzili odkrycie tzw. boskiej cząstki, czyli bozonu Higgsa. Jest ona ostatnim elementem teorii zwanej Modelem Standardowym, czyli opisu cząstek, z których zbudowany jest wszechświat. To największy przełom w fizyce od 50 lat, a Model Standardowy jest bodaj najprostszym modelem teoretycznym cząstek elementarnych, który jako tako sprawdza się w praktyce. - Mogę potwierdzić, że cząstka została odkryta - powiedział John Womersley z UK's Science & Technology Facilities Council na konferencji prasowej w Londynie. Joe Incandela, rzecznik jednego z zespołów zajmujących się badaniem nad cząstką Higgsa wystąpił z kolei w Genewie, gdzie swą siedzibę ma Europejska Organizacja Badań Jądrowych. - To jest wstępny rezultat badań, jednak jest na tyle solidny, że możemy na nim polegać - powiedział. 

Bozon Higgsa to nie „jeszcze jedna cząstka elementarna". To cząstka wyjątkowo ważna, szczególna, ponieważ jest pierwszym zaobserwowanym przejawem istnienia w naturze pewnego pola kwantowego, dotychczas nieznanego, które jest obecne w każdym punkcie przestrzeni i odpowiada za to, że cząstki elementarne mają masę. Krótko mówiąc, odkrycie bozonu Higgsa to dowód, że pole nadające cząstkom elementarnym masę nie jest wymysłem teoretyków. Ono naprawdę istnieje. - mówi prof. dr. hab. Leszek Roszkowski. 

Sławny fizyk ateista prof. Stephen Hawking stracił 100 dolarów, bo założył się, że bozon Higgsa nie zostanie odkryty - opisuje "Daily Telegraph".  


W poszukiwaniu "boskiej cząstki"


Osławiona cząstka Higgsa ma być częścią mechanizmu sprawiającego, że cząstki mają taką, a nie inną masę. Zgodnie z hipotezą mechanizmu Higgsa, przestrzeń jest wypełniona tzw. polem Higgsa, z którym oddziałują wszystkie cząstki. Te rodzaje cząstek, które oddziałują silniej z polem, mają większą masę od tych, które oddziałują słabiej, a dzieje się tak w pewnym sensie podobnie, jak w przypadku wyścigowego bolidu, który znacznie łatwiej rozcina powietrze niż autobus. Do poszukiwań m.in. cząstki Higgsa został zbudowany najpotężniejszy akcelerator cząstek elementarnych - Wielki Zderzacz Hadronów LHC (Large Hadron Collider). Znajduje się on w tunelu o średnicy 9 km na głębokości 100 metrów pod ziemią w laboratorium Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN w pobliżu Genewy na granicy francusko-szwajcarskiej. Badacze na razie skupiają się na poszukiwaniu cząstki Higgsa o takich właściwościach, jakie przewiduje Model Standardowy, czyli teoria, której fizycy używają do opisu zachowania cząstek elementarnych i oddziaływań między nimi. 

Czym jest i jak działa bozon Higgsa?


Bozon Higgsa jest częścią teorii, zaproponowanej w 1960 r. przez zespół fizyków pod kierownictwem Petera Higgsa, zakładającej istnienie cząstki elementarnej. Teoria sugeruje, że tzw. pole energii Higgsa istnieje wszędzie we wszechświecie. Z tym polem oddziałują cząstki - dochodzi do interakcji i przyciągnięcia bozonów Higgsa, które skupiają się wokół cząstek. Bozon Higgsa jest ostatnim brakującym elementem naszego obecnego rozumienia najbardziej fundamentalnej natury wszechświata.

Cząstka Higgsa to święty Graal współczesnej fizyki. Według tzw. Modelu Standardowego, bozon Higgsa ma sprawiać, że inne cząstki elementarne nabierają masy. Bez niego teoria jest niepełna, pozostawia cząstki bez masy, a więc podstawowej cechy materii, dzięki której mogą istnieć atomy, związki chemiczne, planety i my sami. Jednak, choć istnienie cząstki Higgsa przewidziano kilkadziesiąt lat temu, jak do tej pory naukowcom nie udało się dostarczyć dostatecznie silnych dowodów potwierdzających jej istnienie. 


Zgodnie z hipotezą mechanizmu Higgsa, przestrzeń jest wypełniona tzw. polem Higgsa, z którym oddziałują wszystkie cząstki. Te rodzaje cząstek, które oddziałują silniej z polem, mają większą masę od tych, które oddziałują słabiej, a dzieje się tak w pewnym sensie podobnie, jak w przypadku wyścigowego bolidu, który znacznie łatwiej rozcina powietrze niż autobus.

- Wyobraź sobie wszechświat jak imprezę. Stosunkowo niewiele nieznanych osób na imprezie może przejść szybko przez pokój niezauważone; bardziej popularni goście przyciągają grupy osób (bozony Higgsa), którzy będą następnie spowalniać ich przejście przez pokój. Prędkość cząstek poruszających się w polu Higgsa działa mniej więcej w ten sam sposób. Niektóre cząstki przyciągną większe skupiska bozonów Higgsa, a im więcej bozonów Higgsa zostanie przyciągniętych, tym większa będzie ich masa - mówi fizyk Martin Archer z Imperial College w Londynie. 

Istnienie tej cząstki jest uzasadniane teoretycznie mechanizmem Higgsa polegającym na sprzężeniu pól kwantowych materii (pola fermionowe, jak pole elektronowe, pola kwarkowe, pola bozonowe jak pola W i Z itp.) z dodatkowym skalarnym polem kwantowym, zwanym polem Higgsa, w wyniku którego poprzez spontaniczne złamanie symetrii bezmasowe cząstki Modelu Standardowego nabierają masy. Innymi słowy, zgodnie z Modelem Standardowym, cząstki występujące w przyrodzie – kwarki i leptony – posiadają masę dzięki oddziaływaniu z polem Higgsa. Można by powiedzieć, że jest to rodzajem "oporów ruchu", którego nośnikami są bozony Higgsa, ale ta analogia nie jest odpowiednia, gdyż na poziomie elementarnym wszystkie siły są zachowawcze.

Należy wyjaśnić, że źródłem masy nukleonów, takich jak proton czy neutron nie jest mechanizm Higgsa. Ich masa pochodzi od energii wzajemnych oddziaływań kwarków, z których zbudowane są nukleony. Koncepcja mechanizmu Higgsa pochodzi od trzech prac teoretycznych opublikowanych w 1964 roku w czasopiśmie '"Physical Review Letters" (w krótkich odstępach czasowych). Ich autorami byli:

- François Englert i Robert Brout,
- Peter Higgs,
- Gerald Guralnik, Carl R. Hagen i Tom Kibble.

Po ogłoszeniu rezultatów testów doświadczalnych przeprowadzonych w CERN-ie wszyscy autorzy koncepcji mechanizmu Higgsa są prawdopodobnymi kandydatami do nagrody Nobla w roku 2012, lecz, zgodnie ze statutem nagrody, może ona być przyznana za jedno osiągnięcie nie więcej niż trzem osobom.

Bozon Higgsa jest jedyną cząstką elementarną Modelu Standardowego pozbawioną spinu (jego spin wynosi 0), w przeciwieństwie np. do elektronu, którego spin wynosi 1/2, czy bezmasowego fotonu, dla którego wynosi 1. Jest też pozbawiony ładunku elektrycznego i koloru. Według obecnych pomiarów jest najcięższym bozonem w Modelu Standardowym (kwark t jest cięższy, ale jest fermionem). 

Mimo przesłanek wskazujących na istnienie cząstki Higgsa wciąż brak było definitywnego rozstrzygnięcia kwestii jej istnienia lub nieistnienia. Eksperymenty prowadzone w latach 1990–2000 przy użyciu akceleratora LEP w CERN wykazały, że jeżeli cząstka Higgsa istnieje, to jej masa przekracza 114 GeV[a].  Wyniki eksperymentów w LHC, a wcześniej w Tevatronie, znacząco zawęziły zakres możliwych mas bozonu, szczególnie w zakresie wysokich energii, niedostępnych przed budową tego akceleratora. Do listopada 2011 połączenie wyników uzyskanych w eksperymentach CMS i ATLAS wykluczyło na poziomie ufności 95% obecność bozonu Higgsa w zakresie energii od 141 do 476 GeV. Natomiast w zakresie od 146 do 443 GeV jego obecność wykluczono na poziomie ufności 99%, z wyjątkiem trzech małych obszarów od 220 do 320 GeV. Naukowcy szacowali też, że do końca 2012 roku wiadomym będzie, czy bozon Higgsa istnieje.

Dnia 13 grudnia 2011 rzecznicy eksperymentów ATLAS i CMS przedstawili wyniki, mówiące, że jeśli bozon Higgsa istnieje, to jego masa jest ograniczona do zakresu 116-130 GeV/c² przez eksperyment ATLAS i do zakresu 115-127 GeV/c² przez detektor CMS. 4 lipca 2012 roku CERN ogłosił wstępne wyniki analizy danych zebranych w latach 2011-2012 przez eksperymenty CMS i ATLAS, wskazujące na odkrycie nowej cząstki elementarnej, bozonu (wyniki CMS wskazują, że ma ona masę 125,3 ± 0,6 GeV/c²). Zarejestrowana cząstka prawdopodobnie jest długo poszukiwanym bozonem Higgsa, jednak potwierdzenie tej informacji będzie możliwe dopiero po dokładniejszym zbadaniu jej właściwości. 

Pole Higgsa - Teoria eteru w nowej postaci 


Pole Higgsa to skalarne pole postulowane w 1964 roku przez Petera Higgsa. Koncepcja pola Higgsa została wykorzystana przez Stevena Weinberga do konstrukcji Modelu Standardowego. Dynamiczna zmiana tego pola związana może być ze zmienną energią próżni. Higgs zakładał, że próżnia nie jest pusta, ale wypełnia ją postulowane przez niego pole, co było powrotem do starej koncepcji eteru, tyle, że w nowej szacie naukowej. Zgodnie z Modelem Standardowym cząstki elementarne uzyskują masę poprzez oddziaływanie z polem, które wypełnia całą przestrzeń. Oddziaływanie z polem Higgsa nadaje cząstce masę niezależnie od położenia i kierunku ruchu. Istnieje ogólna zasada, że im silniejsze jest oddziaływanie z polem, tym większą masę uzyskuje cząstka. Masa, którą cząstki otrzymują poprzez oddziaływanie z polem Higgsa, jest masą spoczynkową. Cząstka Higgsa przenosi oddziaływanie z polem, a to oznacza, że jest kwantem tego pola. Mechanizm Higgsa oparty jest o spontaniczne łamanie symetrii i rozwiązuje problem umasowienia bozonów pośredniczących. 

Zaproponowana przez Higgsa idea pozwoliła na odkrycie jedności oddziaływania elektromagnetycznego i słabego (oddziaływanie elektrosłabe), ale dotychczas nie poznano reguł rządzących wzrostem masy cząstek. Nadawane przez mechanizm Higgsa masy nie tworzą wyraźnego porządku i zawierają się w przedziale od 0,0005 GeV (elektron) do 173 GeV (kwark t). W dniu 4 lipca 2012 roku na konferencji prasowej w CERN wstępnie ogłoszono doświadczalne potwierdzenie istnienia nowoodkrytej cząstki elementarnej o masie 125 GeV, będącej przypuszczalnie bozonem Higgsa. Pole Higgsa jest prawdopodobnie przyczyną istnienia trzech generacji cząstek elementarnych. Generacje te nie różnią się niczym poza masą spoczynkową. Być może na podstawowym poziomie istnieje tylko jedna generacja, która oddziałuje z polem Higgsa na trzy sposoby, tak jak chce tego chociażby teoria Heima

W fizyce cząstek elementarnych zwykle mierzy się masę cząstek w mega- lub gigaelektronowoltach (MeV, GeV). Formalnie elektronowolt jest jednostką energii, ale w związku z równoważnością masy i energii (E=mc²) odpowiada też ściśle określonej masie. Dla ścisłości można zapisywać masę w jednostkach GeV/c², ale zwykle przyjmuje się, że prędkość światła wynosi jeden. 1 GeV/c² ≈ 1,8 × 10-27 kg. 

W wielu teoriach bozony cechowania muszą być cząstkami bezmasowymi. Teorie takie dają doskonałe wyniki poza jednym faktem - w rzeczywistości bozony te często mają masę. Aby obejść ten problem zakłada się, że owe bozony w rzeczywistości są bezmasowe, natomiast ich obserwowana masa jest wynikiem oddziaływania z innym polem. Aby nadać masę odpowiednim cząstkom, wprowadza się pole Higgsa, którego energia nie jest monotoniczną funkcją jego wartości. Dla prawie wszystkich pól (np. grawitacyjnego lub elektrycznego) siła oddziaływania maleje wraz z odległością. Dla pola kolorowego siła rośnie wraz z odległością. Natomiast dla pola Higgsa zakłada się, że najpierw spada, a potem rośnie. Minimum energii występuje więc dla pewnej niezerowej wartości pola. Kiedy inne cząstki oddziałują z polem Higgsa, powstaje efekt identyczny, jak gdyby miały masę. Zależy ona od wartości, przy której pole Higgsa ma minimum energii oraz od stałej oddziaływania między cząstką a polem Higgsa. Pole Higgsa musi być skalarne, ponieważ nie obserwuje się zależności masy od kierunku ruchu cząstki. 

Pole Higgsa odegrało przypuszczalnie dużą rolę w inflacji kosmologicznej. Kiedy ma ono wartość 0, Wszechświat ekspanduje zgodnie z rozwiązaniem de Sittera, które odpowiada fazie ekspansji. Po zmianie wartości pola Higgsa na minimum energii następuje zahamowanie inflacji i dalsza ewolucja zgodna z jednym z rozwiązań Friedmana. Gdy pole Higgsa jest równe 0, posiada niezerową energię, która może być utożsamiona z "energią próżni", która napędza inflację. Podczas rozpadu pola Higgsa owa energia została przekazana "dzisiejszym" cząstkom elementarnym w postaci ich masy. W niektórych teoriach początku Wszechświata rozpad pola Higgsa jest utożsamiony z Wielkim Wybuchem. W tym ujęciu istnieje wieczny pra-Wszechświat, w którego niewielkim odcinku pole Higgsa rozpadło się, tworząc nasz obserwowany Wszechświat czyli bąbelek czasoprzestrzenny w świecie Wielkiej Próżni (sanskryckie: Mahan lub Maha-Brahmanda, Pralaya). Idee te znane były już filozofom wedyjskim kilka tysięcy lat p.e.ch. 

Kiedy pierwszy raz Higgs i jego koledzy ogłosili swoje teorie, starsi wykładowcy radzili im porzucić badania, bo to może oznaczać "zawodowe samobójstwo". Śmierdziało XIX-to wieczną Teorią Eteru w nowej, bardziej uczonej postaci, ale establishment fizyczny wiedział swoje i wysokoenergetycznego Eteru wskrzeszać nie chciał, ale znów okazuje się że Jest i w Nim Żyjemy. - Wiele sławnych naukowców wtedy mówiło, że się mylimy. Werner Heisenberg (laureat nagrody Nobla) powiedział mi, że nie rozumiem fizyki, co było dosyć straszne dla 26-letniego badacza, który stara się znaleźć pracę - powiedział prof. Gerry Guralnik, który badał zagadnienie bozonów Higgsa od lat 60-tych XX wieku. Jednym z wątpiących był sławny fizyk ateista prof. Stephen Hawking. Przyznał, że stracił na odkryciu bozonu Higgsa. - Założyłem się z Gordonem Kanem z Uniwersytetu z Michigan, że bozony Higgsa nie zostaną znalezione. Chyba właśnie straciłem 100 dolarów - powiedział. Teraz na koncepcje ateisty Hawking'a trzeba patrzeć z przymróżeniem oka, a przynajmniej o wiele bardziej krytycznie niż dotychczas. 

Dlaczego odnalezienie bozonu Higgsa jest tak ważne?


O ile odnalezienie bozonu Higgsa nie powie nam wszystkiego, co chcemy wiedzieć na temat działania wszechświata, o tyle, według ekspertów, wypełnia ogromną dziurę w Modelu Standardowym, który istnieje już od ponad 50 lat. - Bozon Higgsa jest ostatnim brakującym elementem naszego obecnego rozumienia najbardziej fundamentalnej natury wszechświata. Tylko teraz przy użyciu Wielkiego Zderzacza Hadronów jesteśmy w stanie naprawdę to zobaczyć i powiedzieć: "To tak działa wszechświat, a przynajmniej tak nam się wydaje". To nie jest początek i koniec, ale w kategoriach tego, co możemy powiedzieć praktycznie o świecie i jaki ten świat jest, to rzeczywiście mówi nam bardzo wiele - zaznacza Archer.

Gordon Kane, dyrektor Centrum Fizyki Teoretycznej w Michigan, dodaje do słów Archera, że znalezienie dowodów na istnienie bozonu Higgsa byłoby "największym sukcesem nauki i ludzi od czterech stuleci". Boska cząstka nie bez powodu nazywa się boska. To ona nadaje masę wszystkim znanym nam cząstkom. Ona sprawia, że materia istnieje. Tak brzmi naukowa teoria, którą prawie udało sie potwierdzić dzięki największej maszynie świata - Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów.

W jaki sposób naukowcy poszukiwali cząstki Higgsa?


Do poszukiwań m.in. cząstki Higgsa został zbudowany najpotężniejszy akcelerator cząstek elementarnych - Wielki Zderzacz Hadronów LHC (Large Hadron Collider). Znajduje się on pod ziemią w laboratorium Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN w pobliżu Genewy na granicy francusko-szwajcarskiej. Wielki Zderzacz Hadronów jest największą maszyną świata. Jego zasadnicze elementy są umieszczone w tunelu w kształcie torusa o długości około 27 km, położonym na głębokości od 50 do 175 m pod ziemią. Wyniki zderzeń rejestrowane są przez dwa duże detektory cząstek elementarnych.

Jedna z hipotez zakłada istnienie jednej cząstki Higgsa (tak jest w Modelu Standardowym), a inne kilku. Gdyby okazało się, że cząstek Higgsa jest więcej niż jedna, oznaczałoby to, że teoria jest szersza i obejmuje wiele nieodkrytych cząstek elementarnych. Wśród nich miałyby być cząstki ciemnej materii. Chodzi o ogromne skupiska materii w kosmosie, które oddziałują grawitacyjnie na swoje otoczenie, ale są niewidoczne dla naszych teleskopów, ponieważ nie świecą, ani nie odbijają światła. Naukowcy przypuszczają, że wyjaśnienie, czym jest ciemna materia wymaga odkrycia zupełnie nowych cząstek elementarnych, które nie są zdolne do oddziaływań elektromagnetycznych

A jeśli to jednak nie "Higgs"? 

Zgoda naukowców na to, że cząstka Higgsa istnieje, była od wielu lat powszechna. - To po prostu ma sens. Wszystko zobaczyliśmy i opisaliśmy w prosty sposób. Tylko tego brakowało - mówi Archer. Prawie każdy naukowiec uważał, że Wielki Zderzacz Hadronów rozstrzygnie tę sprawę raz na zawsze. Jeśli by go nie znalazł, oznaczałoby to, że bozon nie istnieje. - Co byłoby jeszcze bardziej ekscytujące, niż wczorajsze odkrycie - zauważa z uśmiechem Archer.


Higgs poczuł się wtedy, jakby zmiotła go potężna fala

- Cza­sem do­brze jest mieć rację. Nigdy nie są­dzi­łem, że nie do­ży­ję tego mo­men­tu - mówi w roz­mo­wie z por­ta­lem New Scien­tist Peter Higgs, wy­bit­ny na­uko­wiec, który jako pierw­szy za­pre­zen­to­wał teo­rię na temat słyn­ne­go już bo­zo­nu. Fizyk ko­men­tu­je ogło­sze­nie wy­ni­ków badań CERN, które po­twier­dzi­ły, że ta cząst­ka może ist­nieć. To ogrom­ny krok dla nauki. - Otrzy­ma­łem owa­cję na sto­ją­co. Po­czu­łem się wtedy, jakby zmio­tła mnie po­tęż­na fala - wspo­mi­na ogło­sze­nie wy­ni­ków badań nt. bo­zo­nu Hig­g­sa.

Higgs py­ta­ny o to, czy był za­sko­czo­ny wy­ni­ka­mi badań ogło­szo­nych przez CERN mówi: Ty­dzień przed tym, jak to wszyst­ko za­czę­ło się dziać, byłem na let­niej szkół­ce dla fi­zy­ków na Sy­cy­lii. Nie mia­łem przy sobie fran­ków szwaj­car­skich, a moje ubez­pie­cze­nie wy­ga­sło w dniu, w któ­rym mia­łem wra­cać do Edyn­bur­ga. - Kiedy po­ja­wi­ły się plot­ki o tym, że są już wy­ni­ki badań wie­dzia­łem już, że coś się świę­ci. Do­sta­łem te­le­fon od Johna El­li­sa, by­łe­go szefa fi­zy­ków z CERN, który po­wie­dział mi, że jeśli nie przy­ja­dę do CERN-u w środę, to będę tego ża­ło­wał. Po­wie­dzia­łem mu: "Ok, niech bę­dzie. Przy­ja­dę" - wspo­mi­na na­uko­wiec.

Higgs tłu­ma­czy rów­nież dla­cze­go tak emo­cjo­nal­nie za­re­ago­wał po pre­zen­ta­cji na­ukow­ców z CERN. - Zo­sta­łem za­py­ta­ny przez jed­ne­go z dzien­ni­ka­rzy dla­cze­go sie roz­pła­ka­łem po pre­zen­ta­cji. Pod­czas prze­mo­wy byłem bar­dzo zdy­stan­so­wa­ny, jed­nak kiedy do­bie­gła ona końca po­czu­łem się, jak wtedy, kiedy je­steś na meczu i wy­gry­wa twoja ulu­bio­na dru­ży­na - mówi. - Otrzy­ma­łem owa­cję na sto­ją­co. Po­czu­łem się wtedy, jakby zmio­tła mnie po­tęż­na fala - do­da­je.

Odkąd Higgs ogło­sił swoją teo­rię na temat bo­zo­nu mi­nę­ło już 48 lat. Jed­nak jedne z jego pierw­szych prac na ten temat zo­sta­ły od­rzu­co­ne przez na­ukow­ców. Fizyk mówi też o tym, co czuł, kiedy oka­za­ło się, że miał rację. - Cza­sem do­brze jest mieć rację. Nigdy nie są­dzi­łem, że nie do­ży­ję tego mo­men­tu - mówi. Twór­ca teoretycznego modelu bo­zo­nu Hig­g­sa tłu­ma­czy w roz­mo­wie rów­nież, że nie używa okre­śle­nia "boska cząst­ka". - Mam na­dzie­ję, że to okre­śle­nie nie bę­dzie już uży­wa­ne tak czę­sto, jak ostat­nio. Muszę tłu­ma­czyć lu­dziom, że to nie ja je wy­my­śli­łem, tylko kto inny. - Lu­dzie nie ro­zu­mie­ją, że ta nazwa miała być swego ro­dza­ju żar­tem i biorą ją na po­waż­nie - do­da­je Higgs.

"Chyba mamy bozon Hig­g­sa"

W pierwszą środę lipca 2012 roku fi­zy­cy przed­sta­wi­li wy­ni­ki swo­ich do­tych­cza­so­wych ob­ser­wa­cji zde­rzeń pro­to­nów w ak­ce­le­ra­to­rze LHC i oznaj­mi­li, że "z dużym praw­do­po­do­bień­stwem" od­kry­ta zo­sta­ła nowa cząst­ka. Od­kry­cie cząst­ki Hig­g­sa by­ło­by dla fi­zy­ków do­wo­dem na ist­nie­nie me­cha­ni­zmu, wy­ja­śnia­ją­ce­go, od czego za­le­ży masa czą­stek. Jedna z hi­po­tez za­kła­da ist­nie­nie jed­nej cząst­ki Hig­g­sa (tak jest w Mo­de­lu Stan­dar­do­wym), a inne kilku. Gdyby oka­za­ło się, że czą­stek Hig­g­sa jest wię­cej niż jedna, ozna­cza­ło­by to, że teo­ria jest szer­sza i obej­mu­je wiele nie­od­kry­tych czą­stek ele­men­tar­nych. Wśród nich mia­ły­by być cząst­ki ciem­nej ma­te­rii. Cho­dzi o ogrom­ne sku­pi­ska ma­te­rii w ko­smo­sie, które od­dzia­łu­ją gra­wi­ta­cyj­nie na swoje oto­cze­nie, ale są nie­wi­docz­ne dla na­szych te­le­sko­pów, po­nie­waż nie świe­cą, ani nie od­bi­ja­ją świa­tła. 

Dyrektor CERN: mamy cząstkę Higgsa


Dane zebrane przez Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) wskazują, że odkryta została nowa cząstka - przewidywany przez teoretyków bozon Higgsa. - Panie i panowie, chyba go mamy, prawda? - powiedział na konferencji w Genewie dyrektor CERN Rolf Heuer i zebrał gromkie owacje. - Polowanie na "higgsa", to przedsięwzięcie naukowe o skali znacznie przekraczającej lot człowieka na Księżyc. To wielki dzień, a odkrycie nowej cząstki jest największym odkryciem od kilkudziesięciu lat – ocenił z kolei dyrektor NCBJ prof. Grzegorz Wrochna. Fizycy przedstawili w środę dnia 4 lipca 2012 roku wyniki swoich dotychczasowych obserwacji zderzeń protonów w akceleratorze LHC i oznajmili, że "z dużym prawdopodobieństwem" odkryta została nowa cząstka. - To dla mnie najwspanialszy dzień w życiu. Poza tym miło jest być na konferencji fizyków, na której aplauz przypomina ten na meczach piłkarskich - powiedział obecny na konferencji współautor teorii o istnieniu bozonu Higgsa prof. Peter Higgs.

Odkrycie cząstki Higgsa byłoby dla fizyków dowodem na istnienie mechanizmu, wyjaśniającego, od czego zależy masa cząstek. - Zwykle próżnia kojarzy się z pustką, a w fizyce próżnia nie jest pustką. Próżnia ma swoje bogate życie, tak jak o tym nauczają dawne teksty wedyjskie, gdzie Próżnia, Akaśa (Akasza) jest żywiołem, piątym żywiołem. Fizycy mówią, że próżnia to jest takie miejsce, gdzie nie ma cząstek, ale mogą tam być wirtualnie i od czasu do czasu możemy zaobserwować zjawiska kwantowe, związane z tym wirtualnymi cząstkami. Przy czym w próżni energia z nimi związana wynosi zero. Cząstki Higgsa są specyficzne, gdyż nawet jak ich nie ma, to energia z nimi związana jest duża i wszędzie taka sama - powiedział prof. Leszek Roszkowski z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku. 

Energia ta wypełnia całą przestrzeń, w której poruszają się cząstki. Niektóre cząstki (w zależności od swoich właściwości) doznają ze strony tej energii większego lub mniejszego oporu. Opór ten powoduje większą lub mniejszą bezwładność, a tym samym sprawia, że niektóre cząstki łatwo jest rozpędzić - są lżejsze, a inne trudno - czyli są cięższe.

Jedna z hipotez zakłada istnienie jednej cząstki Higgsa (tak jest w Modelu Standardowym), a inne kilku. Gdyby okazało się, że cząstek Higgsa jest więcej niż jedna, oznaczałoby to, że teoria jest szersza i obejmuje wiele nieodkrytych cząstek elementarnych. Wśród nich miałyby być cząstki ciemnej materii. Chodzi o ogromne skupiska materii w kosmosie, które oddziałują grawitacyjnie na swoje otoczenie, ale są niewidoczne dla naszych teleskopów, ponieważ nie świecą, ani nie odbijają światła.

Naukowcy przypuszczają, że wyjaśnienie, czym jest ciemna materia wymaga odkrycia zupełnie nowych cząstek elementarnych, które nie są zdolne do oddziaływań elektromagnetycznych. - Możliwe, że ciemna materia to zagadnienie z naszej dziedziny fizyki cząstek. Tymczasem Model Standardowy nawet nie stawia pytań o naturę ciemnej materii. Dlatego uważamy, że konieczne jest zbudowanie szerszego modelu - powiedziała prof. Maria Krawczyk w Wydziału Fizyki UW. Jednym z takich modeli jest ciągle niedoceniana, ale dokładniej przewidująca masy cząstek teoria Heima, a innym teoria Shipova czy teorie Strun. 

Prof. Wrochna o odkryciu cząstki Higgsa: to wielki dzień!

- Polowanie na "higgsa", to przedsięwzięcie naukowe o skali znacznie przekraczającej lot człowieka na Księżyc. To wielki dzień, a odkrycie nowej cząstki jest największym odkryciem od kilkudziesięciu lat. To wielki dzień. Uwieńczenie prawie 20 lat pracy tysięcy specjalistów. Największe jak dotąd odkrycie naukowe XXI wieku i chyba największe w historii ludzkości wspólne pokojowe przedsięwzięcie – ocenił dyrektor Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBJ) prof. Grzegorz Wrochna. 

Podkreślił, że odkrycie uczonych dotyczy najbardziej elementarnych składników całej materii i fundamentalnych praw nią rządzących. - Od lat 80-tych XX wieku wiemy, że u podstaw wszystkich zjawisk rządzonych siłami jądrowymi i elektromagnetycznymi, więc światła i dźwięku, własności ciał stałych i gazów, a nawet chemii i biologii leży tzw. model standardowy oddziaływań fundamentalnych. Jednak, aby był on w pełni zgodny z doświadczeniem, musi zawierać mechanizm ustalający masy obserwowanych cząstek. Jego przejawem powinno być istnienie tzw. cząstki Higgsa, popularnie zwanej po prostu higgsem – mówi prof. Wrochna. 

Jego zdaniem "polowanie na higgsa to przedsięwzięcie naukowe o skali znacznie przekraczającej lot człowieka na Księżyc". Projektowanie eksperymentów, które dokonały odkrycia rozpoczęto już w latach 80-tych XX wieku. - Sam poświęciłem eksperymentowi CMS kilkanaście lat życia, a niektórzy moi koledzy prawie 20. Pierwsi projektanci eksperymentów odeszli na emeryturę przed ich uruchomieniem, a najmłodsze osoby dziś pełniące wiodącą rolę nawet ich nigdy nie spotkały. Skala czasowa projektu obejmuje więc dwa pokolenia, podobnie jak niegdyś budowa gotyckich katedr – zaznacza dyrektor NCBJ.

Ocenia, że równie bezprecedensowa jest też skala przestrzenna. W sumie nad akceleratorem i detektorami pracowało 10 tysięcy fizyków i inżynierów z kilkuset instytucji reprezentujących kilkadziesiąt krajów. - Obserwowałem wspólnie pracujących naukowców z krajów będących formalnie w stanie wojny ze sobą, reprezentujących różne systemy polityczne i kultury. Sam koordynowałem prace zespołu, w którym prócz Polaków byli Amerykanie, Austriacy, Finowie, Koreańczycy, Rosjanie i Włosi. Wiele prac wykonywanych było w laboratoriach rozsianych po świecie, także w Polsce – opisał prof. Wrochna. Przypomniał, że satysfakcja z tego, że w roku 2008 eksperymenty przy LHC zadziałały bardzo sprawnie, była olbrzymia. "Zadziałało największe urządzenie badawcze świata. Ale to był dopiero środek do celu. Celem był higgs i - miejmy nadzieję - kolejne odkrycia jakich dokonamy. Dziś ten najważniejszy cel został osiągnięty".

Kto odbierze Nobla za bozon Higgsa? 


Jesz­cze nie skoń­czy­li­śmy świę­to­wać od­kry­cia do­wo­du ist­nie­nia cząst­ki Hig­g­sa, a nie­któ­rzy już za­sta­na­wia­ją się, kto po­wi­nien do­stą­pić za­szczy­tu ode­bra­nia nagrody Nobla z fi­zy­ki za to no­wa­tor­skie od­kry­cie - in­for­mu­je Ste­phen Haw­king w roz­mo­wie z BBC uważa, że po­wi­nien to być Peter Higgs, który pierw­szy roz­wa­żał teo­rie na temat czą­stecz­ki. Jed­nak na­gro­da może rów­nie do­brze tra­fić do trzech osób lub ca­łych grup, mimo iż sam ko­mi­tet no­blow­ski nie widzi na razie po­trze­by roz­po­zna­nia, jak twier­dzi Sven Lidin za­sia­da­ją­cy w ko­mi­sji w dzie­dzi­nie che­mii. Kto zatem po­wi­nien dzie­lić po­dium z Hig­g­sem? 

Dys­ku­sja wokół Nobla z fi­zy­ki jest szcze­gól­nie istot­na ze wzglę­du na ogrom­ną licz­bę osób za­an­ga­żo­wa­nych w ze­spo­ły ba­daw­cze pra­cu­ją­ce w ra­mach Eu­ro­pej­skiej Or­ga­ni­za­cji Badań Ją­dro­wych (CERN). W żad­nej innej dzie­dzi­nie praca ze­spo­ło­wa nie jest tak wi­docz­na. Wielu fi­zy­ków eks­pe­ry­men­tu­je dzi­siaj z in­stru­men­ta­mi kosz­tu­ją­cy­mi mi­lio­ny albo i mi­liar­dy, ta­ki­mi jak Ko­smicz­ny Te­le­skop Hub­ble'a czy Wiel­ki Zder­zacz Ha­dro­nów. Taki ze­staw in­stru­men­tów wy­ma­ga spe­cja­li­stycz­nej ob­słu­gi fi­zy­ków, ana­li­zy wy­twa­rza­nych da­nych i ich po­dzia­łu. Mały ze­spół na­ukow­ców nie mógł­by po­zwo­lić sobie na zbu­do­wa­nie ko­smicz­ne­go te­le­sko­pu tylko na wła­sny uży­tek. Zatem je­że­li coś eks­cy­tu­ją­ce­go wy­ła­nia się z tych ma­szyn, swój wkład w takim od­kry­ciu ma wiele osób. 

CERN podał do wia­do­mo­ści, że ist­nie­je "silne wska­za­nie na obec­ność nowej cząst­ki, którą może być bozon Hig­g­sa". Jej ist­nie­nie może sta­no­wić zna­czą­ce wspar­cie dla Stan­dar­do­we­go Mo­de­lu, naj­więk­szej teo­rii w fi­zy­ce do­ty­czą­cej tego jak dzia­ła wszech­świat. - Tego typu sy­tu­acja spra­wia, że po­szu­ki­wa­nia pro­wa­dzo­ne przez po­je­dyn­cze osoby mogą być pro­ble­ma­tycz­ne. - mówi Adam Riess, astro­nom z Uni­wer­sy­te­tu Hop­kin­sa w Bal­ti­mo­re, który otrzy­ma­ne­go rok temu Nobla wraz z dwoma in­ny­mi fi­zy­ka­mi pra­cu­ją­cy­mi w nie­za­leż­nych ze­spo­łach, z czego w jed­nym było 20, a w dru­gim 35 na­ukow­ców. - Fi­zy­cy to też lu­dzie. I nie jest to kwe­stia pie­nię­dzy. Cho­dzi o moż­li­wość iden­ty­fi­ko­wa­nia się jako za­an­ga­żo­wa­ne­go w pracę, jako kogoś waż­ne­go - uważa Riess. 

Lin­din z ko­mi­sji no­blow­skiej nie widzi pro­ble­mu. Kró­lew­ska Szwedz­ka Aka­de­mia Nauk ma moż­li­wość przy­zna­wa­nia na­ro­du grup osób, tak jak w przy­pad­ku Mię­dzy­rzą­do­we­go Ze­spo­łu do spraw Zmian Kli­ma­tu w 2007 czy ONZ w 2001 roku. - Każdy, nawet naj­więk­szy ze­spół jest pro­wa­dzo­ny przez jed­nost­kę, nawet je­że­li bywa trud­na do zi­den­ty­fi­ko­wa­na - uważa Lin­din. Pro­blem z ogrom­ny­mi ze­spo­ła­mi może po­le­gać na wy­ło­nie­niu jed­ne­go więk­sze­go od­kry­cia. Ko­mi­tet no­blow­ski jest znany ze spo­rych opóź­nień w przy­zna­wa­niu na­gród. Lau­re­at ze­szło­rocz­nej na­gro­dy z fi­zy­ki opra­co­wał swoją teo­rię od­no­śnie przy­spie­sza­nia ko­smo­su w 1990 roku, a od­kry­cie struk­tu­ry DNA była za­po­cząt­ko­wa­ne przez Ja­me­sa Wat­so­na i Fran­ci­sa Cric­ka w 1953 roku. Lin­din za­pew­nia, że ko­mi­tet no­blow­ski sta­ran­nie przyj­rzy się kwe­stii na­gro­dy za bozon Hig­g­sa i ogrom­nej licz­by osób za­an­ga­żo­wa­nych w od­kry­cie. 

Nowa fizyka z LHC 


Obecna wiedza fizyków o Wszechświecie nie jest pełna. W ostatnim stuleciu odkryli, że Wszechświat jest zbudowany z 12 fermionów elementarnych: 6 kwarków (d, u, s, c, b, t) i 6 leptonów (elektronów, mionów, taonów i odpowiadających im neutrin), których oddziaływania (elektromagnetyczne, słabe, silne, grawitacyjne) są przenoszone przez bozony pośredniczące: fotony, bozony W i Z, gluony i grawitony. W latach 70-tych XX wieku powstał cząstkowy Model Standardowy, który opisuje pierwsze trzy z tych oddziaływań. W następnych 30-tu latach został on potwierdzony w precyzyjnych eksperymentach, w dużym stopniu przy użyciu akceleratorów w CERN-ie. 

Sądzą, że akcelerator LHC pozwolił im odkryć niepotwierdzony jeszcze ostatecznie element Modelu Standardowego, jakim jest bozon Higgsa. Odkrycie bozonu Higgsa potwierdziłoby mechanizm Higgsa, zgodnie z którym cała przestrzeń jest wypełniona polem Higgsa i w wyniku oddziaływania z nim większość cząstek uzyskuje niezerowe masy. Model Standardowy unifikuje tylko oddziaływania elektromagnetyczne i słabe, nie jest modelem ostatecznym. Unifikację wszystkich trzech oddziaływań Modelu Standardowego ułatwiłaby supersymetria, która przewiduje istnienie masywniejszych partnerów znanych nam obecnie cząstek. Jeśliby istniała supersymetria, to powinno się znaleźć w LHC najlżejsze cząstki supersymetryczne. 

Obserwacje kosmologiczne i astrofizyczne wskazują, że znane nauce standardowe cząstki tworzą tylko 4 % materii Wszechświata. Nie wiemy obecnie, czym jest brakujące 23% ciemnej materii i 73 % ciemnej energii, acz może niektóre założenia teoretyków są zwyczajnie błędne. Grawitacyjne oddziaływanie widzialnej materii nie pozwala wyjaśnić obserwowanego ruchu gwiazd na obrzeżach galaktyk i wskazuje na istnienie ciemnej materii, potwierdzone ostatnio częściowo przez obserwacje soczewkowania grawitacyjnego. Ciemna energia jest jednorodnie rozłożona w przestrzeni i jej istnienie przyspiesza rozszerzanie się Wszechświata. Cząstki supersymetryczne są obecnie najpoważniejszym kandydatem na ciemną materię. W czasie Wielkiego Wybuchu we Wszechświecie materia i antymateria występowały w jednakowych ilościach, ale później w wyniku asymetrii oddziaływań w anihilacji materii i antymaterii pozostała obserwowana nadwyżka materii. Sądzimy, że LHC pozwoli nam lepiej zrozumieć te procesy. 

Analiza zderzeń proton-proton i zderzeń ciężkich jonów w LHC pozwoli naukowcom zbadać właściwości plazmy kwarkowo-gluonowej, która istniała tuż po Wielkim Wybuchu, zanim powstały hadrony i atomy. Unifikacja wszystkich czterech oddziaływań (z grawitacyjnym włącznie) prowadzi naukowców do teorii strun, w której cząstki są wzbudzeniami drgających strun. Teoria taka przewiduje istnienie dodatkowych wymiarów przestrzennych, zwiniętych do bardzo małych rozmiarów. Niektóre wersje tej teorii przewidują możliwość produkcji mikroskopijnych czarnych dziur w LHC. 

"Masy cząstek mierzy się w doświadczeniu bardzo różnymi metodami i znamy je z dużą precyzją, a w przypadku niektórych cząstek z bardzo dużą precyzją. Natomiast to co dotychczas pozostawało wielką tajemnicą, to ogromna rozpiętość tych mas. Dlaczego mamy elektron, który jest bardzo lekki, to znaczy waży mniej więcej dwa tysiące razy mniej niż proton i dlaczego mamy kwark "top", który waży 176 razy tyle co proton? Według naszego rozumienia to są cząstki z tych samych rodzin. Do momentu kiedy zaproponowano Model Standardowy z mechanizmem Higgsa nie było żadnego zrozumienia tej rozpiętości mas" - powiedział PAP prof. Leszek Roszkowski z Narodowego Centrum Badań Jądrowych.

Cząstki, poruszając się w próżni, zależnie od swoich właściwości, trafiają na mniejszy lub większy opór. Mechanizm Higgsa w uproszczeniu oznacza, że cała przestrzeń, nawet pozbawiona cząstek wypełniona jest energią o jednakowej sile w każdym punkcie, więc od oddziaływań każdej cząstki zależy ,czy ma większą, czy mniejszą masę (bezwładność). 

W CERN pracują tylko zwolennicy Modelu Standardowego


CERN praktycznie nie zatrudnia niestety fizyków, którzy promują inne teorie i modele na temat cząstek elementarnych niż Model Standardowy. Jest to pewna szkoda, gdyż zdaniem wielu niezależnych wyników niektóre dane można interpretować na wiele sposobów i mogą pasować także do innych modeli jak teoria Heima czy Shipova. niestety outsiderzy nie mają łatwego wstępu na salony CERN. 

W XVII wieku interesujące badania prowadził Isaac Newton, dla którego eter był ośrodkiem pośredniczącym w przesyłaniu siły grawitacji. Naukowcy, tak to bywa, najpierw "obalają" coś co istnieje, od lat, a to głównie z braku dostatecznych dowodów. Zyskują na tym popularność i kasę, a potem inni naukowcy wprowadzają tą samą teorię, ale innymi słowami. Najważniejsze, że Stewen Hawking dostał po nosie i po kieszeni za swoje nieuctwo oparte na skrajnie pojętym ateizmie! W filozofii indyjskiej ten arystotelesowski piąty żywioł to akaśa. Ćakrą która pozostaje zależna od jakości tego elementu w człowieku jest w jodze, w tantrze i w kundalini jodze wiśuddha ćakra. 

Eter (fr. éther z gr. αἰθήρ, d. αἰθέρος, w sanskrycie Akaśa) to w filozofii przyrody i nowożytnej fizyce hipotetyczna substancja wypełniająca całą przestrzeń. We współczesnej nauce teoria eteru pojawiła się pod koniec XIX wieku wraz z rozwojem teorii elektromagnetyzmu, a następnie podupadła w ogniu zmasowanej ateistycznej krytyki wraz z powstaniem szczególnej teorii względności. W filozofii starożytnej eter był rozważany przez Arystotelesa oraz filozofów z Indii i Persji jako dodatkowy piąty element (żywioł), obok wody, ognia, ziemi i powietrza, z których składa się Wszechświat. Przez to słowo "eter" wiąże się z "kwintesencją"; po łacinie quinta essentia, piąta esencja, eteryczny piąty element, jednoczący cztery podstawowe. Dzisiaj Eter rozumiemy jako energetyczny potencjał próżni, przestrzeni powstały w wyniku równoważących się oddziaływań cząsteczkowych. 

Pojęcie eteru wykorzystywane w filozofii stało się coraz bliższe fizyce. W XVII wieku interesujące badania prowadził Isaac Newton, dla którego eter był ośrodkiem pośredniczącym w przesyłaniu siły grawitacji. To rozumowanie miało doniosłe znaczenie filozoficzne. Dotychczas obowiązywała demokrytejska zasada, iż materię składającą się z atomów (a Newton był atomistą, choć samego pojęcia atomu nie używał, mówił o najdrobniejszych cząstkach materii) otacza pustka. Teraz ową pustkę można było czymś wypełnić. W tym sensie eter jest pewnym, acz subtelniejszym, niż np. krzesło, rodzajem materii. Z pewnego punktu widzenia koncepcja ta zbliża pojęcie eteru do stoickiego pojęcia pneumy – jako subtelniejszego rodzaju materii.

Pojęcie eteru pojawia się w tych systemach filozoficznych, głównie atomistycznych, które potrzebują jakiegoś ośrodka wymiany informacji, czegoś co informacje te absorbuje i przekazuje innym cząsteczkom. To jednak wymaga sprawdzenia treści jakie wnosi do procesu przekaźnik i w jaki zakresie zniekształca pierwotne informacje. Rozumowanie Newtona podjął Immanuel Kant, który w swoim przedkrytycznym dziele z roku 1755 pt. "Medytacje nad materią ognia" dochodzi do przekonania, iż eter jest właśnie tym samym, co materia ognia. Filozoficzne badania nad pojęciem eteru tracą na znaczeniu wraz z osiemnastowieczną chorobliwą krytyką metafizyki. 

Przestrzeń – w fizyce oznacza to co nas otacza i w czym przebiegają wszystkie zjawiska fizyczne. Poza przestrzenią w sensie geometrycznym w fizyce używa się pojęcia przestrzeń również w znaczeniu bardziej abstrakcyjnym (przestrzeń konfiguracyjna), np. przestrzeń pędów. Pojęcie przestrzeni w znaczeniu geometrycznym uległo rozszerzeniu w XX w. po zaakceptowaniu teorii względności Einsteina. W mechanice newtonowskiej oznaczało trójwymiarową przestrzeń euklidesową zawierającą ciała. W szczególnej teorii względności przestrzeń jest nierozerwalnie związana z czasem tworząc czasoprzestrzeń, niezależną od ciał. W ogólnej teorii względności czasoprzestrzeń zależy od rozkładu i ruchu mas ciał.

Eter – hipotetyczny ośrodek, w którym miałyby się rozchodzić fale elektromagnetyczne oraz światło. Hipotezę istnienia eteru postawiono, gdyż: 
- do tego czasu wszystkie odkryte fale rozchodziły się w jakimś ośrodku jako drgania mechaniczne,
- fale elektromagnetyczne, a także światło (o którym nie wiedziano, że jest falą elektromagnetyczną) nie potrzebowały powietrza do rozchodzenia. 
Wielu badaczom wydawało się, że istnienie eteru jest naturalną koniecznością dla ówczesnej nauki, by elektrodynamika Maxwella była słuszna.

Najpierw postawiono hipotezę o istnieniu "eteru światłonośnego", potem Maxwell wprowadził do nauki koncepcję "eteru elektromagnetycznego", a następnie udowodnił, że jest on tożsamy z "eterem światłonośnym". Doprowadziło go to do odkrycia elektromagnetycznej natury światła. W napisanym dla Encyclopedia Britannica artykule "Eter" Maxwell pisał: "Jakiekolwiek możemy mieć trudności z uformowaniem spójnej idei budowy eteru, nie możemy mieć wątpliwości, że międzyplanetarne i międzygwiezdne przestrzenie nie są puste, ale zajęte przez materialną substancję czy ciało, które jest z pewnością największym i prawdopodobnie najbardziej jednorodnym ciałem o jakim wiemy".

Niemożność bezpośredniego wykrycia takiej substancji składano na karb ograniczeń eksperymentalnych. Istniały jednak pośrednie metody doświadczalne umożliwiające badanie eteru – przypuszczano, że eter wypełnia całą przestrzeń, jest bezwonny, nieściśliwy, etc. Do prób tych należały doświadczenia Michelsona-Morleya, które konsekwentnie wykluczały kolejne teoretyczne możliwości istnienia eteru. Próżnia to w rozumieniu tradycyjnym pojęcie równoważne pustej przestrzeni. We współczesnej fizyce, technice oraz rozumieniu potocznym pojęcie próżni posiada zupełnie odmienne konotacje.

Istotnym elementem tych poszukiwań był fakt, że istnienie eteru implikowałoby istnienie absolutnego układu odniesienia – wyróżnionego układu, do którego można byłoby się odnieść w opisie Wszechświata, co oznaczałoby także, iż spośród wszystkich układów inercjalnych istnieje jeden wyróżniony. Doświadczenia tego typu były wykonywane wielokrotnie, do najbardziej znanych należą eksperymenty R. J. Kennedy'ego oraz E. M. Thorndike'a (1929-1931) – wynik prawie zawsze jednoznacznie wskazywał, że eter nie istnieje. Niejednoznaczne wyniki były wykluczane później przez poprawienie metody bądź dokładności eksperymentu. Dzisiaj nie ma żadnego eksperymentu, który wskazywałby na istnienie eteru.

Szczególna teoria względności Alberta Einsteina z pozoru usunęła konieczność istnienia takiego ośrodka jak eter. Konsekwencją teorii jest postać transformacji układu współrzędnych obowiązującej dla ciał w ruchu zamiast transformacji Galileusza – transformacja Lorentza. Jednakże mechanika kwantowa i jej badania nad istotą kosmicznej próżni w zasadzie przywracają istnienie eteru, tyle, że pod nowym wcieleniem i w oparciu o zupełnie nowe odkrycia naukowe, gdzie próżnia to pewna równowaga sił i oddziaływań na poziomie cząstek elementarnych, a nie rodzaj materii takiej jak cztery żywioły zwykłe, czyli materii atomowej. 

John Bell nie tylko uczył fizyków jak mają uczyć szczególnej teorii względności, ale też zalecał przy tym przy tym powrót do zakazanej koncepcji eteru – koncepcji hołubionej przez Maxwella, przez Lorentza i Fitzgeralda. John Bell stwierdza iż Einstein wywrócił naturalny porządek dochodzenia do prawdy w fizyce. Podczas gdy naturalny porządek polega na wyjaśnianiu faktów przez znane lub domniemane prawa fizyki, to Einstein startuje od hipotezy, która dalej jest rozciągana na całą fizykę i staje się wręcz konstytucyjnym zapisem z konsekwencjami dla tych co zapis ten ośmielają się dyskutować. Czymś zbliżonym do kłamstwa jest to, że się wbija studentom, iż teoria względności lepiej nadaje się do wyjaśniania wszelkich zjawisk fizycznych niż teoria eteru Lorentza. John Bell daje tego ewidentny przykład pisząc jak to jego znakomici koledzy z CERN-u, posługujący się teorią względności, dawali szybkie ale za to fałszywe odpowiedzi na proste pytanie o to, czy, kiedy, i dlaczego urwie się sznurek łączący dwie pędzące z dokładnie tymi samymi przyśpieszeniami i w tą samą stronę rakiety. Nie lepiej zresztą z mechaniką kwantową, jak stwierdzić miał noblista Murray Gell-Mann: „Bohr wyprał mózgi całej generacji fizyków sprawiając wrażenie iż problem [z trudnościami interpretacyjnymi mechaniki kwantowej] został rozwiązany.” 

Kluczowym wydarzeniem poprzedzającym powstanie szczególnej teorii względności był negatywny wynik doświadczenia Michelsona-Morleya mającego za zadanie wykazanie ruchu Ziemi względem eteru. Doświadczenie nie wykazało spodziewanego ruchu. Hendrik Antoon Lorentz (ur. 18 lipca 1853 w Arnhem, zm. 4 lutego 1928 w Haarlemie) wyjaśnił negatywny wynik wprowadzając hipotezę skracania obiektów będących w ruchu. Teoria oparta na założeniach Lorentza i Fitzeralda wyjaśnia wyniki doświadczeń nie gorzej (a jak to wykazał John, czasem i lepiej) niż szczególna teoria względności Einsteina. Zwolennicy STW są dumni z matematycznej elegancji. Krytycy wskazują na nieuzasadnione ekstrapolacje z dziedziny elektromagnetyzmu na wszelkie oddziaływania w fizyce. Neutralni analizują wyniki doświadczeń i poszukują efektów które ze STW definitywnie, a nie tylko „przypuszczalnie”, nie są w zgodzie. Od czasu do czasu pojawiają się doniesienia, że taki efekt znaleziono. Społeczność fizyków, choć stadnie posługuje się szczególną względności, jest jednak psychicznie przygotowana na załamanie się, pewnego pięknego dnia, tego, co nazywamy „lorentzowską niezmienniczością”. Problem w tym, że wszystkie te teorie opierają się na pewnych założeniach i w ich ramach dość dobrze tłumaczą rzeczywistość, jednak istnieją problemy, które wyraźnie wykraczają poza każdą z tych modelowych, przybliżonych teorii. 

Póki co podejrzewa się załamanie się teorii względności w skali Plancka – bardzo małych odległości i bardzo wielkich energii, z czym już dawno poradził sobie Heim. Astronomia nauczyła nas pokory odkrywając promieniowanie reliktowe wyróżniające, w co mało kto wątpi, uprzywilejowany kosmiczny układ odniesienia. Na co dzień fizycy używają pojęcia „zero-point energy” lub „vacuum energy” („energia próżni”). Istnieją obserwacje jawnie sugerujące, że założenia STW i innych cząstkowych teorii wymagają uzupełnienia. Teorie Heima oraz Shipova wychodzą na przeciw problemom, nie mniej niż Model Standardowy i odkrycie Bozonu Higgsa, a co za tym idzie udowodnienie istnienia zaiste eterycznego Pola Higgsa. Błędem doświadczenia MM było przyjęcie założenia, że Eter napływa z jakiegoś kierunku, podczas gdy jak się okazuje, Eter jest polem wytwarzanym przez subatomowe cząstki wolno stojące we wszechświecie. 

Energia punktu zerowego (inaczej energia próżni) to w mechanice kwantowej najniższa możliwa energia jaką może przyjąć dowolny układ kwantowy. Z definicji wszystkie układy kwantowe posiadają energię punktu zerowego. Termin ten pojawił się, gdy obliczenia wykazały, że modelowy, punktowy kwantowy oscylator harmoniczny musi posiadać pewną minimalną energię, nawet jeśli nie opisuje żadnego zjawiska związanego z transportem masy lub energii. W terminach kwantowej teorii pola oznacza to, że pewna minimalna energia musi być przypisana do każdego punktu próżni. Tę energię nazywa się często w uproszczeniu energią próżni. W kosmologii przyjmuje się, że wartość energii próżni decyduje o wartości stałej kosmologicznej.

Istnienie energii próżni zostało potwierdzone eksperymentalnie przez zaobserwowanie efektu Casimira. Innymi doświadczalnymi dowodami są: emisja spontaniczna światła (fotonów) przez atomy i nukleony, przesunięcie Lamba. Ze względu na to, że z obliczeń wywodzących się z różnych kwantowych teorii pola uzyskuje się rozbieżne wartości energii próżni i nie ma aktualnie możliwości bezpośredniego jej zmierzenia, jej rzeczywista wartość jest aktualnie nieznana. 

Teoria strun sugeruje, że "energia próżni" naszego Wszechświata może nie być "prawdziwą" energią próżni absolutnego Wszechświata. W takim wypadku mówi się o próżni fałszywej. Mogą również istnieć inne wszechświaty o innej wartości energii próżni i, co za tym idzie, innych prawach fizyki. Energia próżni może spaść ze swojego lokalnego minimum do innego minimum i mówi się wtedy o rozpadzie próżni. Taki rozpad może zajść samoistnie dzięki fluktuacjom kwantowym lub może zostać wymuszony przez bardzo wysoką energię. Według teorii strun, Wielki Wybuch był właśnie rozpadem próżni w innym wcześniejszym Wszechświecie. Rozpad próżni występuje też w teorii inflacji. Według niej, nasz Wszechświat miał się narodzić z polem Higgsa w stanie próżni fałszywej. Pole to następnie rozpadło się, co skutkowało wykładniczą ekspansją Wszechświata oraz uzyskaniem masy przez niektóre cząstki elementarne.

W fizyce teoretycznej termin próżnia oznacza stan o najniższej energii. W mechanice klasycznej próżnia oznacza obszar, w którym nie ma żadnych mogących oddziaływać ciał ani płynów. Próżnia w sensie technicznym jest to stan wysokiego rozrzedzenia gazu. Granica między rozrzedzonym gazem a tak rozumianą próżnią jest arbitralna. Często układ traktuje się jako próżnię, jeśli średnia droga swobodna molekuł gazu porównywalna jest z rozmiarami naczynia, w którym gaz ten jest umieszczony.

Istnienie i sposób rozumienia pojęcia próżni zmieniało się w historii fizyki. W starożytnej koncepcji atomistycznej Leukipposa i Demokryta materialne atomy poruszały się w próżni. Arystoteles przyjmował nieograniczoną podzielność ciał materialnych i negował istnienie próżni. Jego następcom przypisuje się znane powiedzenie natura nie znosi próżni (horror vacui). Poglądy Arystotelesa i jego następców na temat próżni przyjmowane były w zasadzie bez większych zastrzeżeń w okresie średniowiecza. Na przełomie XVI i XVII wieku istnienie próżni zostało wykazane empirycznie przez Torricellego (doświadczenie Torricellego). Pojęcia tego używał też Galileusz. Pojęcie próżni występuje wyraźnie w pracach Newtona, a podstawowe reguły mechaniki newtonowskiej sformułowane są w odniesieniu do ruchu ciał materialnych w próżni. Z mechaniki newtonowskiej pochodzi potoczne rozumienie próżni jako spójnego obszaru przestrzeni, w której nie ma cząstek obdarzonych masą. Stan ten nazywa się też czasem próżnią absolutną. Pod koniec XIX wieku w związku z hipotezą wypełniającego przestrzeń eteru jako nośnika fal elektromagnetycznych zaczęto kwestionować istnienie próżni. Jednakże negatywny wynik doświadczeń mających na celu wykrycie eteru (zwłaszcza doświadczenia Michelsona-Morleya) spowodował utrwalenie pojęcia próżni czyli eteru.

Pojęcie próżni występuje też w szczególnej teorii względności, której jednym z fundamentalnych postulatów jest stała wartość prędkości światła w próżni, rozumianej jako próżnia absolutna. Natomiast ogólna teoria względności wprowadza nowy sposób rozumienia próżni i w ogóle całej przestrzeni łącząc jej krzywiznę z istnieniem ciał materialnych i oddziaływaniem grawitacyjnym. W ogólnej teorii względności absolutna próżnia nie istnieje, gdyż cała przestrzeń wypełniona jest oddziaływaniem grawitacyjnym. 

W mechanice kwantowej i elektrodynamice kwantowej punktowe cząstki elementarne poruszają się w absolutnej próżni, a oddziaływania między nimi przenoszone są poprzez nośniki oddziaływań elektromagnetycznych (fotony). Elektrodynamika kwantowa przewiduje istnienie cząstek wirtualnych, co zostało potwierdzone doświadczalnie oraz tzw. polaryzacji próżni. W obowiązującym obecnie modelu standardowym stanowiącym połączenie chromodynamiki kwantowej i teorii oddziaływań elektrosłabych próżnia jest stanem o najniższej lecz na ogół niezerowej energii, z czym związane jest tzw. łamanie symetrii próżni. Istnienie energii próżni wykazały doświadczenia potwierdzające istnienie tzw. efektu Casimira.

Tak rozumiana próżnia wypełniona jest co najmniej jednym polem chiralnym zwanym też polem Higgsa. Istnienie tego pola jest niezbędne dla nadania niezerowych mas leptonom, jak elektron, mion i taon oraz tzw. bozonom pośrednim stanowiącym nośniki oddziaływań słabych. Z istnieniem pola (pól) Higgsa o określonej skrętności związane jest istnienie kwantów tego pola (tych pól), tj. cząstki Higgsa lub całej rodziny cząstek Higgsa. Jak dotąd istnienie cząstki Higgsa nie zostało potwierdzone doświadczalnie ze względu na zbyt małą moc akceleratorów. Oszacowano jedynie dolną granicę jej masy na poziomie ok. 114 GeV/c² (ok. 120 razy więcej od masy protonu). Społeczność fizyków ma duże nadzieje, że doświadczenia, które mają być przeprowadzone w Wielkim Zderzaczu Hadronów (znajdującym się w CERN-ie w pobliżu Genewy) pozwolą na ostateczne rozstrzygnięcie problemu istnienia cząstki Higgsa.

W kwantowej teorii pola przez próżnię rozumie się często nieograniczony rezerwuar cząstek nieoddziałujących silnie i elektromagnetycznie, lecz oddziałujących słabo. Tak rozumiane pojęcie próżni odbiega bardzo od potocznego i technicznego znaczenia słowa próżnia. W fizyce współczesnej (zarówno ogólnej teorii względności jak i w modelu standardowym) pojęcie próżni absolutnej jest pozbawione jakiegokolwiek konkretnego, fizykalnego znaczenia. Próżnia absolutna jest stanem czysto teoretycznym i nie tylko niemożliwym do uzyskania w praktyce, lecz nieistniejącym w sensie fizycznym. Niemniej niektóre teorie używają w praktyce tego pojęcia, wprowadzając przybliżenia zakładające pomijanie słabszych oddziaływań (np. elektrodynamika kwantowa pomija istnienie oddziaływań słabych i grawitacyjnych).

Odkrycie energii próżni odsyła światopogląd materialistyczny do historii, do ery intelektualnego dzieciństwa ludzkości: skoro natura świata jest energetyczna, materia jest zjawiskiem wtórnym i efemerycznym. Świat materii, czyli świat posiadający masę, jest ograniczony czasem i przestrzenią, poza światem materii  czas i przestrzeń nie istnieją. Odkrycie energii próżni rewolucjonizuje nasze wyobrażenia o technologii i nasz światopogląd. Słynny prof. Harold Puthoff z Austin w USA nazwał go „największym odkryciem wszechczasów” oczekując, że uda mu się znaleźć sposób eksploatacji energii próżni np. do lotów kosmicznych; przecież pływamy jakby w beczce z paliwem, które jest wszędzie w naszym otoczeniu. Energia próżni jest idealnie zrównoważona (dekoherentna), dlatego jej nie zauważamy; uczeni mówią, że jest „nieprzejawiona” (unmanifested). W warunkach fluktuacji (nierównowagi energetycznej) energia próżni tworzy cząstki elementarne materii i antymaterii, z których potem powstają atomy. A więc materia nie jest pierwotnym tworzywem wszechświata, lecz wtórnym, jest produktem energii próżni. 

Ervin Laszlo mówi, że „wielki wybuch” był jedynie „małą zmarszczką” (a little ripple) na bezbrzeżnym oceanie energii próżni: to jest miara znikomości naszego świata setek miliardów galaktyk. „Wielkich wybuchów” i powstałych z nich światów materialnych było zapewne wiele. W tych warunkach dotychczasowe, ogólne pojęcie wszechświata okazuje się niejednoznaczne. Bezbrzeżny wszechświat energii próżni, zdolny do tworzenia i unicestwiania (anihilacji) światów materialnych proponuję nazwać „uniwersum” (the universe) a stworzony przez nią świat materialny, jedyny świat materialny jaki znamy – „kosmosem”. 

Morze Diraca to teoretyczny model próżni jako nieskończonego morza cząstek posiadających negatywną energię, pierwszy raz zaproponowany przez brytyjskiego fizyka Paula Diraca w roku 1930, aby wytłumaczyć istnienie stanów kwantowych o negatywnej energii przewidywanych przez równanie Diraca dla relatywistycznych elektronów. Początkowo dziurę w morzu elektronów utożsamiano z protonem. Dopiero później postulowano istnienie pozytonu, czyli odpowiednika elektronu dla antymaterii. Został on odkryty w roku 1932. Poprawnym równaniem wiążącym energię i masę jest hamiltonian równania Diraca: E = +/-mc2, a nie tylko dodatnia część znana jako E = mc2. 

W fizyce klasycznej zakłada się, że tylko rozwiązanie równania Diraca o dodatniej energii występuje w naturze, natomiast rozwiązanie o ujemnej energii nie ma sensu. Jednak równanie Diraca postuluje istnienie procesów, w których ujemne rozwiązanie może powstać z "normalnych" dodatnich cząstek, wobec czego nie można go ignorować. W istocie ujemne rozwiązanie opisuje antymaterię, zaobserwowaną przez Carla Andersona pod postacią pozytonu. Interpretacja tego wyniku wymaga istnienia morza Diraca, co wykazuje, że równanie Diraca nie jest wyłącznie kombinacją szczególnej teorii względności oraz kwantowej teorii pola i sugeruje, że zasada zachowania nie obejmuje liczby cząstek. 

Eter - Twórcza Próżnia 


W jednej filiżance może się kryć więcej energii, niż jej potrzebuje cała ludzkość. Czerpanie energii z niczego, czyli z kosmicznej pustki, wykorzystanie krzywizny przestrzeni do napędu statków kosmicznych - pomysły rodem z fantastycznych nowel, uważane za nierealne nawet przez entuzjastów tego gatunku, zaczynają się urzeczywistniać. Obie idee z dziedziny fikcji trafiły już do nauki. Omawia się je na sympozjach, wpisuje do planów badawczych, przeznacza pieniądze na ich realizację. 

"W filiżance próżni może się kryć więcej energii, niż jej potrzebuje cała ludzkość. Astronauci mogliby zaprząc energię próżni do popychania statku kosmicznego dokładnie tak, jak marynarze zaprzęgają wiatr do popychania żaglowca" - stwierdził na jednym z sympozjów w 1998 roku Marc Millis, szef należącego do NASA Breakthrough Propulsion Laboratory w Cleveland. Jak wiele energii można uzyskać z próżni, postanowił sprawdzić doświadczalnie Steven Lamoreaux, fizyk pracujący w Los Alamos National Laboratory, gdzie ponad pół wieku temu skonstruowano pierwsze bomby atomowe, wyzwalając druzgocącą energię z jądra atomu. 

"Gęstość energii w próżni kosmicznej jest nawet większa niż wewnątrz atomowego jądra" - tłumaczy na łamach "New Scientist" Igor Sokołow, rosyjski fizyk pracujący w latach 90-tych XX wieku na uniwersytecie w Toronto. W tzw. pustej przestrzeni, gdzie - zdawałoby się - nic nie ma, na bardzo krótko pojawiają się widmowe odpowiedniki elektronów, protonów, fotonów i cząstek. Nazwano je cząstkami wirtualnymi, czyli niezupełnie rzeczywistymi. Tworzą się one z niczego i przestają istnieć bez przyczyny, zaprzeczając klasycznej zasadzie, według której energii nie może przybywać z niczego. Zjawisko to zachodzi tak szybko, że - jak twierdzą niektórzy badacze - "manko w bilansie energii nie zostaje zauważone nawet przez naturę". Wszystko to wydaje się niewiarygodne, podobnie jak teoria kwantów, która opisuje m.in. cząstki wirtualne i powstawanie energii z pustki. Początkowo budziła ona protesty niektórych fizyków; jej przeciwnikiem był nawet Einstein. 

Z biegiem czasu ten dziwaczny obraz mikroświata dowiódł swej praktycznej wartości. "Z pozycji myślenia zdroworozsądkowego teoria kwantów opisuje naturę w sposób absurdalny, ale zgadza się znakomicie z doświadczeniem. Mam nadzieję, że zaakceptujecie naturę taką, jaka jest - absurdalną i zachwycającą" - napisał jeden z twórców nowoczesnej fizyki, laureat Nagrody Nobla, Richard Feynman. Widmowe cząstki wirtualne, choć uznane przez swych odkrywców za niezupełnie rzeczywiste, mogą przejawiać energię w zupełnie konkretny sposób, na przykład popychając metalowe płytki. Zjawisko to przewidział 50 lat temu holenderski fizyk Hendrik Casimir. Doszedł do wniosku, że cząstki wirtualne obecne w próżni powinny naciskać z dwóch stron na ustawione blisko siebie metalowe płytki przewodzące. W niewielkiej przestrzeni pomiędzy płytkami powinno być ich znacznie mniej. Zmieszczą się tam bowiem tylko cząstki o odpowiedniej długości fali, gdyż jak wiadomo z fizyki kwantowej, każda z cząstek elementarnych jest również falą. A zatem nacisk cząstek wirtualnych z zewnątrz będzie większy niż opór cząstek pomiędzy płytkami. W rezultacie płytki zostaną gwałtownie popchnięte ku sobie i niemal zlepione. 

Wspomniany Lamoreaux skonstruował przyrząd, którym zmierzył, z jaką siłą cząstki wirtualne popychają metalowe płytki. Nie jest ona duża, ale niezaprzeczalnie istnieje. Natomiast, jak twierdzi Sokołow, energia próżni uwalnia się na ogromną skalę podczas spektakularnych katastrof kosmicznych, na przykład eksplozji supernowych. Energia próżni może być także przyczyną niezwykłej jasności kwazarów. Problem polega na tym, jak w celu praktycznego zastosowania wydobyć tę energię z oceanu wirtualnych cząstek? Gdy dwie płytki z eksperymentu Casimira popychane przez cząstki wirtualne wpadną na siebie, produkują pewną ilość ciepła, które można zamienić na elektryczność. Żeby jednak cały proces trwał nadal, trzeba je ponownie rozsunąć, a na to potrzeba większej energii, niż poprzednio uzyskana. Rezultatem byłaby strata, a nie zysk. 

Harold Putthof, dyrektor Institute for Advanced Studies w Teksasie, jest przekonany, że znalazł lepsze rozwiązanie. Metalowe płytki zastąpił plazmą, czyli zjonizowanym gazem, łatwiejszym i tańszym do uzyskania. Putthof twierdzi, że w swoich eksperymentach uzyskał 30 razy więcej energii, niż jej dostarczył. "Otrzymaliśmy nawet patent na tę metodę" - cytuje jego wypowiedź "New Scientist". Większość fizyków pozostaje mimo to sceptyczna. NASA nie ustaje w poszukiwaniu nowych źródeł energii. Przy obecnych możliwościach technicznych podróż do najbliższej gwiazdy trwałaby tysiące lat, co zupełnie wyklucza loty załogowe. 

Trudność tę pokonał międzygalaktyczny statek "Enterprise" z telewizyjnej serii science fiction "Star Trek". Porusza się on z ogromną prędkością, wykorzystując jako siłę napędową warp-drive, czyli zakrzywienie przestrzeni. Stephen Hawking, jeden z najbardziej znanych i cenionych fizyków współczesnych, nie widzi w tym rozbieżności z obecnym stanem wiedzy o wszechświecie. We wstępie do książki omawiającej naukowe aspekty fantastycznych pomysłów twórców serii "Star Trek" napisał: "Ogólna teoria względności Einsteina, najlepiej opisująca naszą rzeczywistość, pozwala na zwijanie czasoprzestrzeni". Jak bowiem wykazał Einstein, przyciąganie grawitacyjne rozciąga i odkształca przestrzeń.  

Wielu fizyków zastanawia się, czy można wydobyć energię z próżni. Jak to w ogóle możliwe? Dobra, stara zasada fizyki klasycznej mówi, że energia nie pojawia się z niczego. Dziś jednak wiemy, że prawo to sprawdza się tylko w dłuższej skali czasu. Natomiast w bardzo krótkich odstępach czasu, jak sekunda podzielona przez liczbę z dwudziestoma zerami, prawo to ulega zawieszeniu. Może się więc zdarzyć, że w jakimś miejscu pojawia się nagle bez żadnej widocznej przyczyny więcej energii, niż było jeszcze chwilę wcześniej. Jak wiadomo, z energii mogą powstać cząstki materialne. W tym wypadku istnieją one jednak tak krótko, że nie można ich obserwować jako zjawiska fizycznego, są niezupełnie realne. Dlatego nazwano je wirtualnymi. 

Otóż wyobraźmy sobie, że mamy pewien obszar przestrzeni, w którym nie ma nic, ani materii, ani światła, kompletna ciemność i pustka. W takiej próżni pojawiają się jednak najróżniejsze cząstki - elektron i jego antymaterialny partner pozyton, układy kwark-antykwark, fotony itp. Pojawiają się i nikną. Im większą mają energię, tym krócej trwają. Może nawet fizyk mógłby się tam pojawić na niewyobrażalnie krótką chwilę? Jego 60-70 kg wagi to w mikroświecie gigantyczna masa. Na przypadkowe pojawienie się w odpowiednim porządku wszystkich potrzebnych do tego cząstek nie starczyłoby wieku wszechświata. Próżnia w rozumieniu fizyki współczesnej jest tworem bardzo skomplikowanym i ma wiele zadziwiających właściwości. 

Można powiedzieć tak: przestrzeń (akaśa) ma zdolność kreacji - tworzenia z niczego. Między innymi tworzy cząstki wirtualne, o których już wspomniano, i to nie tylko fotony, kwanty światła nie mające żadnej masy, ale nawet sto razy cięższe od protonu cząstki Z zero. One przenoszą siły, są ucieleśnieniem pewnej energii. Jednak ich praktyczne wykorzystanie wydaje się odległą przyszłością, jeżeli kiedykolwiek będzie w ogóle możliwe. W nauce obowiązuje jednak dobra zasada: jeżeli coś nie wydaje się absolutnie niemożliwe, nie należy zamykać drogi do dalszych badań. Stąd plany wydobycia energii z próżni i pieniądze przyznawane na dalsze eksperymenty. Jedyne, czego należy się obawiać, to szarlataneria, czyli świadome wprowadzanie w błąd opinii publicznej po to, by otrzymać środki na badania, o których z góry wiadomo, że mogą prowadzić donikąd, gdyż zbyt mało jeszcze wiemy o energii próżni, aby zjawisko wykorzystać w praktyce. 

Można to sprawdzić, obserwując, jak masa Słońca ugina promienie gwiazd przechodzących w pobliżu jego powierzchni. Im większą masę ma gwiazda, tym silniej zakrzywia przestrzeń w swoim otoczeniu. Metoda warp-drive miałaby polegać nie na poruszaniu się statku przez kosmiczną przestrzeń do jakiegoś odległego obiektu, ale na zwijaniu samej przestrzeni dzielącej statek od gwiazdy. "Jeśli krzywizna przestrzeni zależy od skupionej w niej masy, to teoretycznie można by tak nią manipulować, żeby kurczyć przestrzeń przed statkiem, a rozszerzać poza nim" - twierdzi pracujący w Walii fizyk Miquel Alcubierre. 

Teoretycznie niby można, a w praktyce? W lutym 1998 roku, na sympozjum w Marshall Space Center w Alabamie, fizycy i astrofizycy debatowali nad możliwością praktycznego wykorzystania zniekształceń przestrzeni do napędu statków kosmicznych. Opracowano w tym celu programy badawcze, jednak odkrycia z dziedziny współczesnej fizyki z trudem mieszczą się w wyobraźni. Fizycy i inżynierowie z Japonii oraz USA w gigantycznym detektorze zbudowanym pod masywem gór Ikenas w Japonii wyznaczyli masę neutrina - cząstki tak przenikliwej, że mogłaby przejść na wylot przez warstwę ołowiu o grubości setek tysięcy kilometrów, nie napotykając najmniejszego oporu. Neutrina pochodzą z wybuchów gwiazd. Miliardy tych cząstek bombardują każdego dnia nasze ciała, nie czyniąc zresztą żadnej znanej dotychczas szkody. 

W 1987 roku przeszyły nasze ciała neutrina z supernowej oznaczonej symbolem A-l987. Powstają także na skutek zderzeń promieni kosmicznych z cząstkami atmosfery czy podczas przemian promieniotwórczych i reakcji jądrowych we wnętrzach gwiazd (m.in. w naszym Słońcu). Większość fizyków sądziła, że nie mają one żadnej masy. Japoński detektor-pułapka, olbrzym o wadze 50 tysięcy ton wypełniony ultraczystą wodą i wyposażony w 12 tysięcy kamer, zarejestrował jednak trzy zderzenia spowodowane przez neutrino (typu muon). Ekipa amerykańska z Bostonu i japońska z Tokio na podstawie obserwacji tych zderzeń wyznaczyła masę neutrina. Jest ona 100 mln razy mniejsza niż masa elektronu. 

"To najważniejsze wydarzenie w tej dziedzinie od dziesięciu lat, a to dlatego, że masa neutrina nie została przewidziana przez tzw. standardową teorię powstania wszechświata. Być może teoretycy będą musieli teraz zmienić swoje poglądy na sposób powstania i dotychczasowy rozwój wszechświata" - twierdzi Joseph Silk, astrofizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Od tego, ile wynosi masa wszystkich neutrin, zależeć będzie także dalszy los uniwersum. Jeżeli okaże się, że jest stosunkowo duża, można by się spodziewać w przyszłości zwolnienia tempa ekspansji wszechświata, a nawet uzyskania przezeń stanu równowagi. W przeciwnym razie może się on rozszerzać bez końca, aż do ostatecznego rozrzedzenia materii i śmierci cieplnej. "Niewątpliwie potrzeba jeszcze wiele pracy, żeby wyjaśnić, jaka część brakującej masy wszechświata przypada na neutrina, ale wynik uzyskany w detektorze Super-Kamionkande zasługuje na Nagrodę Nobla" - ocenia Jean Adouze z Instytutu Astrofizyki w Paryżu. 

Według teorii Szypowa (Shipov), 1 cm3 próżni zawiera energię wystarczającą do zaspokojenia dziesięcioletnich potrzeb energetycznych całej ludzkości. Współpracujący z Szypowem rosyjscy naukowcy pracują już od lat 90-tych XX wieku nad urządzeniem, dzięki któremu będzie można pobierać niemal nieograniczone ilości czystej energii z dowolnego miejsca na planecie czy w kosmosie. 

Najważniejszym wynalazkiem opartym na teorii próżni jest generator torsyjny, którego twórcą jest Anatolij Akimow. Dzięki temu urządzeniu wielkości czterech paczek papierosów dowiedziano się, że pole torsyjne rozprzestrzenia się miliardy razy szybciej niż światło i przenika każdą materię, nie tracąc przy tym na intensywności. Nie wiadomo dokładnie, jak szybko się porusza, gdyż nie udało się tego zmierzyć. Wykorzystując własności tego pola, stworzono nowy, rewolucyjny system łączności. Z najodleglejszymi miejscami w kosmosie można połączyć się natychmiast, bez zakłóceń, a nadajnik wymaga minimalnej ilości energii. Nadajnik torsyjny znajdował się ponoć na pokładzie rosyjskiego pojazdu, który w 1998 roku poleciał na Marsa. Jeśli wszystko będzie działać prawidłowo, torsyjny nadajnik i odbiornik będą się łączyć w jednej chwili, podczas gdy sygnał konwencjonalnego nadajnika biegnie z Marsa na Ziemię około 7 - 13 minut, gdy obie planetą są po tej samej stronie Słońca.  


Brak komentarzy:

Prześlij komentarz