Znanje, razum, spretnost in vztrajnost omogočajo človeku, da odkriva nove in nove razsežnosti sveta, vesolja.

Odgovor na vprašanje, ki je postavljeno kot sodba (Delo, 28. januarja, Pisma bralcev), je predvsem nestrinjanje z načinom spraševanja. Taktika, z vprašanjem namigniti na sodbo, nato pa s pomočjo »starih kmečkih modrosti« zbrati krog pristašev, se žal prevečkrat in na preveč področjih ponavlja, da bi jo smeli prezreti. Lotimo se najprej vprašanja teka ur.

Trditev, ki se vam, spoštovana gospa Ana Marija Volšek, zdi tako bizarna, je v fiziki poznana sto let kot Einsteinov paradoks dvojčkov. V začetku 20. stoletja, ko je nastopila zlata doba fizike, sta nastali dve teoriji: teorija relativnosti in kvantna mehanika, ki tvorita stebra naravoslovnih znanosti. Obe teoriji sta napovedovali pojave, ki so bili v času nastanka na videz skregani z »zdravo pametjo«, čeprav pogosto eksperimentalno nepreverljivi, ker so napovedovali odstopanja od klasičnih pojmovanj v režimih, ki niso bili dostopni eksperimentalnim danostim.

Take napovedi so bile paradoksalne, scenarije, v katerih bi jih bilo mogoče preveriti, pa so imenovali paradokse. Eden od takih paradoksov je paradoks dvojčkov, katerega scenarij je naslednji: brata dvojčka se dogovorita, da bo eden ostal na Zemlji, drugi se bo vkrcal na vesoljsko ladjo, s katero se bo pospešil do velike hitrosti in odletel
proti oddaljeni zvezdi. Tam se bo obrnil nazaj proti Zemlji, zopet potoval z veliko hitrostjo in se končno vrnil na Zemljo, kjer se bo ponovno srečal s svojim bratom dvojčkom. Einstein je trdil, da bo tisti dvojček, ki je potoval, po povratku biološko mlajši od brata, ki je ostal na Zemlji. Res nenavadna trditev, kaj ne!

Še v zgodnjih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja ni bilo malo fizikov, ki so z različnimi argumenti nasprotovali taki »bizarni« trditvi. Razprave so bile povsem akademske, saj so teoretične napovedi predvidevale nemerljive razlike med klasično newtonovsko in Einsteinovo napovedjo. Npr., če bi potujoči dvojček letel en mesec s hitrostjo 10000 kilometrov v sekundi v eno smer in nato zopet en mesec nazaj z enako hitrostjo, bi bil po povratku od brata mlajši za 2800 sekund. Kako leteti s hitrostjo 1000 kilometrov v sekundi, kako določiti po dveh mesecih razliko v starosti za 2800 sekund? Če bi zmanjšali hitrost na takrat dosegljivo hitrost 1 kilometer v sekundi (trikratna hitrost zvoka) pa bi bila razlika v starosti po dveh mesecih le 28 mikrosekund! Toda v časih od Einsteina do danes je fizika naredila več korakov, kot jih je naredila od začetkov do Einsteina. Za naše vprašanje je pomemben napredek pri natančnosti merjenja časa.

Sodobne atomske ure v enem dnevu prehitijo ali zaostanejo manj kot eno milijardino sekunde. Zato je mogoče narediti poskus dvojčkov tako, da eden ostaja s svojo atomsko uro v laboratoriju, drugi pa slaba dva dneva z reaktivnim letalom s hitrostjo 900 kilometrov na uro obkroži Zemljo. Ko dvojčka po poletu primerjata uri, kaže tista, ki je bila na poti, 56 milijardink sekunde manj od mirujoče ure, to je 56-krat več, kot se taka ura lahko zmoti v merjenju časa. Tak poskus je bil v resnici narejen in je potrdil napoved teorije. Izid poskusa z dvojčkoma je torej tak, kot je napovedal Einstein! Čeprav se morda zdi izid za vsakdanje življenje nepomemben, je potrditev
Einsteinove teorije še kako pomembna, ker je naše znanje napredovalo na področja, kjer so razlike med starim in novim pogledom na svet zelo velike. Takih področij je več.

V CERN-u npr. pospešijo protone do hitrosti tako blizu svetlobni, da bi kazala protonova ura (če bi jo lahko imel) skoraj 4000-krat krajši čas, kot bi ga meril mirujoči opazovalec. Protone, ki v pospeševalniku letijo v eni smeri, trkajo s protoni, ki z enako hitrostjo letijo v pospeševalniku v nasprotni smeri. Pri takih trkih se kvarki, ki proton sestavljajo, premešajo, in tako po trku izletijo različne možne kombinacije osnovnih sestavin – nekako tako, kot če bi dve igrači iz lego kock vrgli eno proti drugi in bi se kocke razletele v drugačno sestavljenko. V Cernu lahko take procese zelo natančno študirajo, ker imajo detektorje, s katerimi lahko zelo natančno sledijo pot in izmerijo energijo vseh delcev, ki vstopajo v posamezen trk in iz njega izstopajo. Velikokrat so izletele kombinacije zelo nestabilne in nastali delci po nekaj metrih ali centimetrih razpadejo v drugačno kombinacijo, kar se lepo vidi po sledeh delcev. Tisto, kar nas prepriča v napoved paradoksa dvojčkov, je to, da so sledi nestabilnih delcev tako dolge. Vemo namreč, da taki nestabilni delci razpadejo v nekaj femtosekundah, kadar se rodijo kot mirujoči. Če bi čas tekel čas za vse enako, ne glede na medsebojno hitrost, bi od nastanka do razpada ti delci prepotovali pot, ki je krajša od milimetra. Bistveno podaljšano pot pojasni teorija relativnosti s tem, da hitri delec razpade takrat, kadar mu poteče rok trajanja glede na njegov čas, ki teče veliko počaseneje kot naš čas. Rezultati poskusov v Cernu dajo seveda še mnogo, mnogo več, a vedno znova potrjujejo, da jih lahko smiselno analiziramo, če računamo po Einsteinovo, in nikakor, če računamo po starih Newtonovih receptih.

Drugi pomembni znanstveni področji, kjer je Einsteinova teorija ključna za razumevanje mnogih pojavov, sta sodobna astronomija in kozmologija. Vesoljski pospeševalniki so veliko mogočnejši od naših na Zemlji. V nekaterih se delci tako približajo svetlobni hitrosti, da bi njihova ura po sto milijonov svetlobnih let dolgi poti kazala komaj nekaj dni. Relativnostna teorija je napovedala možnost tega in mnoga druga zanimiva odkritja, ki so se zdela kot znanstvena fantastika, a danes predstavljajo temelje razumevanja zgradbe vesolja, lastnosti prostora in svetlobe.

Preveč je zanimivosti za kratek odgovor, a vendar je vredno omeniti tudi to, da teorija relativnosti, katere ena od napovedi je izid paradoksa dvojčkov, ni samo stvar zanimanja visoke znanosti, ampak so njeni izsledki vse bolj pomemebni tudi na področju tehnologij vsakdanje rabe, čeprav se tega zaradi eksplozivnega razvoja, žal, vse manj zavedamo.

Navigacijske sisteme GPS in GLONASS sestavljajo sateliti, ki se gibljejo tako hitro, da bi jih bilo brez znanja o relativnosti nemogoče vzpostaviti. Samo sodobna znanost jim omogoča, da z natančnostjo nekaj metrov določijo vsak položaj na Zemlji, še več, z natančnostjo nekaj deset milijardink sekunde tudi določijo čas v vsaki točki na Zemlji. To zadnje postaja še bolj pomembno od določanja položaja, ker preveva dolgo vrsto pomembnih tehnoloških sistemov, kot so internetna komunikacija, distribucija električne energije, varnost prenosa elektronskih podatkov, urejanje letalskega prometa in prometa hitrih vlakov itd. Z novimi globalnimi navigacijskimi sistemi, kot je evropski Galileo, bosta Evropa in svet s pomočjo najnovejših znanstvenih dosežkov pridobila naprave in sisteme, ki bodo odpirali nove možnosti in prostore človekovi dejavnosti, kot npr. urejanje prometa, izboljšanje podatkovnih povezav, razumevanje zgradbe in sestave našega planeta, napovedovanje potresov
itd. V veselje nam je lahko, da pri tem razvoju sodeluje tudi slovenska znanost. Dosežki znanosti in tehnologije so včasih res videti kot čarovnija ali trik, ki ga je nemogoče ponoviti. A vendar so tudi druge človekove kreativne dejavnosti pogosto videti tako. Kaj si morem misliti o dosežku pianista, ki čarobno boža klavirske tipke in odpira prostor, ki je v njegovem srcu in ne v klavirju? Kako se lahko drsalec giblje po ledu, kot da zanj ne bi veljali fizikalni zakoni? Kako lahko nogometaš brcne žogo, da leti tako, kot bi ji ukazoval on in ne naravni zakoni.

Znanje, razum, spretnost in vztrajnost omogočajo človeku, da odkriva nove in nove razsežnosti sveta, vesolja. Taki dosežki so res neverjetni, magični, osupljivi. A niso magija, trik ali prevara, ampak rezultat naporov človeške rase, podedovanega in pridobljenega znanja, volje, trdega dela, odločnosti pa tudi sreče, ki vsem pokaže pot v doslej neznane prostore.

Ali je naša znanost mlakuža? To vprašanje je življenjskega pomembno za vsakega, ki mu je z znanostjo živeti. V mlakuži, ki je plitva, motna, zasmrajena luža, ne more biti ustvarjalnosti, še manj vzgona za doseganje vrhunskih dosežkov človeškega uma. Zato se morajo tisti, ki jim je znanost življenje, in tisti, ki z njo upravljajo, vsak dan
spraševati, ali morda obstajajo mrtvi rokavi, v katerih voda zastaja. Dolžnost upravljalcev znanosti je skrbeti, da se mrtve rokave bodisi izsuši, žive potoke pa očisti in jim omogoči tok in pretok v strugo znanja. Uspešnost tega delovanja je še kako pomembna za vse nas, zato vprašanje ni neupravičeno. Vendar je treba poudariti, da je upravičeno pričakovati, da se v tako pomemben in potreben dialog vstopa z argumenti, ki se strpno tehtajo z znanstveno metodo.

Prof. dr. Andrej Čadež, V Murglah 137, Ljubljana

Prispevek je mnenje avtorja in ne izraža nujno stališča uredništva.