Odiseea umană. De la viaţa în copaci la înţelegerea cosmosului

 

Leonard Mlodinow
Odiseea umană. De la viaţa în copaci la înţelegerea cosmosului
Editura Herald, 2019
traducere din limba engleză de Walter Fotescu



***
Intro

Leonard Mlodinow a obţinut doctoratul în fizică teoretică la Universitatea Berkeley din California, a fost beneficiar al bursei Alexander von Humboldt la Institutul "Max Planck" şi a predat în cadrul Institutului Californian de Tehnologie (Caltech) . Printre cărţile sale anterioare se numără bestsellerurile Subliminal (deţinător al Premiului PEN / E.O. Wilson), War of the Worldviews (scris în colaborare cu Deepak Chopra), The Grand Design (in colaborare cu Stephen Hawking), The Drunkard's Walk: How Randomness Rules Our Lives (inclus pe lista de Cărţi Remarcabile a New York Times), Feynman's Rainbow şi Euclid's Window. De asemenea, a fost scenarist pentru serialele de televiziune MacGyver şi Star Trek: The Next Generation.

*

Leonard Mlodinow ne poartă într-o călătorie pasionantă şi plină de inspiraţie prin incitanta istorie a evoluţiei umane şi prin evenimentele-cheie din dezvoltarea ştiinţelor. În acelaşi timp, autorul oferă o perspectivă nouă şi fascinantă asupra caracteristicilor unice ale speciei şi societăţii noastre, care ne-au ajutat să evoluăm de la uneltele de piatră până la limbajul scris, iar prin naşterea chimiei, biologiei şi fizicii moderne, până la lumea tehnologiei de astăzi.

De-a lungul acestei odisee umane, autorul explorează condiţiile culturale care au influenţat gândirea ştiinţifică de-a lungul secolelor, precum şi personalităţile pitoreşti ale câtorva dintre marii filosofi, savanţi şi gânditori: Isaac Newton, Antoine Lavoisier, Charles Darwin, Albert Einstein, Werner Heisenberg şi multe alte minţi mai puţin cunoscute, dar la fel de strălucite, populează aceste pagini, iar fiecare dintre poveştile lor arată cât de multe dintre succesele umanităţii pot fi puse pe seama căutării stăruitoare de răspunsuri la întrebări simple (de ce? cum?), adresate cu mult curaj.

Odiseea umană. De la viaţa în copaci la înţelegerea cosmosului este o carte pentru iubitorii de ştiinţă şi pentru toţi cei interesaţi de gândirea creativă şi de efortul nostru nesfârşit de a ne înţelege lumea. În acelaşi timp plină de informaţii, accesibilă şi impregnată de umorul caracteristic autorului, această lucrare profundă reprezintă un omagiu uimitor adus curiozităţii intelectuale a omenirii.

*

"O carte nesfârşit de fascinantă [şi] care te pune serios pe gânduri [...] O călătorie selectivă prin procesul acumulării de cunoştinţe al umanităţii [şi] o prezentare a personalităţilor incitante care au fost pionierii descoperirilor ştiinţifice [...] Un studiu care îţi taie respiraţia." (Kirkus Reviews)

"O lucrare înălţătoare de istorie a ştiinţei [...] Dacă fizica cuantică şi teoria relativităţii vă dau fiori, nu va îngrijoraţi [...] Mlodinow ştie cum să le vorbească celor care nu au nicio treabă cu ştiinţa." (Library Journal)

"Mlodinow schiţează în culori vii revoluţiile din gândire şi cultură care ne definesc civilizaţia şi, ca bonus, prezintă un rezumat stimulant al istoriei şi al influenţei uriaşe a ştiinţei moderne." (V.S. Ramachandran, autorul volumului The Tell-Tale Brain: A Neuroscientist's Quest for What Makes Us Human)

"O introducere plăcută şi uşor de citit în istoria ştiinţei occidentale, începând cu primele unelte din piatră şi sfârşind cu epoca fizicii cuantice." (David Christian, coautor al cărţii Big History: Bewteen Nothing and Everything şi profesor la Universitatea Macquarie, Sidney)

"Cum am evoluat atât de rapid de la peşteri la maşini, de la savane la zgârie-nori, de la mersul pe două picioare la mersul pe Lună? Urmaţi-l pe Mlodinow în timp ce prezintă călătoria uimitoare a speciei noastre; la fiecare oprire, veţi descoperi că progresul nostru continuu este alimentat de un element foarte special ce caracterizează creierul uman: setea noastră nestinsă de cunoaştere." (David Eagleman, autorul bestsellerului Incognito: The Secret Lives of the Brain)

Fragment
12. Revoluţia cuantică

În pofida tuturor minţilor strălucite şi avide care acum se concentrează asupra cuantelor, şi în ciuda adevărurilor izolate pe care le-au intuit sau descoperit, la începutul anilor 1920 nu exista încă o teorie generală a cuantelor sau măcar un indiciu că o astfel de teorie este posibilă. Bohr inventase nişte principii care, dacă erau adevărate, explicau de ce atomii sunt stabili şi permiteau să li se deducă spectrele; dar de ce erau acele principii adevărate şi cum trebuie ele aplicate la analiza altor sisteme? Nimeni nu ştia.

Mulţi fizicieni care lucrau în domeniul cuantelor erau descurajaţi. Max Born (1882-1970), viitor laureat al Premiului Nobel, cel care va introduce în curând termenul de "foton", a scris: "Mă gândesc zadarnic la teoria cuantică, încercând să găsesc o reţetă pentru calcularea atomilor de heliu şi a altora; dar nu reuşesc nicicum... cuantele sunt un talmeş-balmeş absolut". Iar Wolfgang Pauli (1900-1958), un alt viitor laureat al Premiului Nobel, care va propune şi apoi va elabora teoria matematică a unei proprietăţi numită "spin", s-a exprimat astfel: "În momentul de faţă fizica este într-o mare învălmăşeală; îmi este mult prea greu şi aş vrea să fiu un actor de comedie sau ceva de felul acesta, şi să nu fi auzit niciodată de fizică".

Natura ne oferă enigme, iar nouă ne revine sarcina să le dezlegăm. O trăsătură caracteristică a fizicienilor este că au invariabil convingerea absolută că acele enigme ascund adevăruri profunde. Noi credem că natura este guvernată de reguli generale şi că nu reprezintă doar un amestec de fenomene fără legătură între ele. Primii cercetători ai cuantelor nu ştiau cum ar trebui să arate o teorie generală a cuantelor, dar erau încrezători că o astfel de teorie va exista. Lumea pe care o explorau opunea înverşunat rezistenţă oricărei explicaţii, dar ei au crezut că teoria poate fi înţeleasă. Visele lor i-au susţinut. La fel ca noi toţi, aveau momente când îndoiala şi disperarea îi făceau vulnerabili, dar perseverau în călătoriile dificile care le consumau ani din viaţă, motivaţi de credinţa că la capătul drumului adevărul îi va răsplăti. La fel ca în orice demers dificil, vedem că cei care au reuşit au avut convingeri foarte ferme, fiindcă cei şovăielnici au abandonat cursa înainte să poată atinge succesul.

Este uşor de înţeles disperarea celor ca Born şi Pauli: nu doar că teoria cuantică era o provocare în sine, dar ea s-a maturizat într-o perioadă dificilă. Majoritatea pionierilor fizicii cuantice lucrau în Germania sau se deplasau între Germania şi Institutul construit în 1921, la Universitatea din Copenhaga, cu banii strânşi de Bohr, fiind constrânşi să-şi efectueze cercetările pentru o nouă ordine ştiinţifică într-o perioadă în care ordinea socială şi politică din jurul lor se dizolva în haos. În 1922, ministrul de externe al Germaniei a fost asasinat. În 1923, valoarea mărcii germane s-a prăbuşit la o trilionime din valoarea ei antebelică şi era nevoie de cinci sute de miliarde din acei "dolari germani" doar pentru a cumpăra un kilogram de pâine. Şi cu toate acestea, noii fizicieni cuantici căutau sprijin în înţelegerea atomului şi, mai general, a legilor fundamentale ale naturii care se aplică la acea scară minusculă.

Sprijinul a sosit, în fine, pe la jumătatea acelui deceniu. A venit sacadat, începând cu un articol publicat în 1925 de un tânăr de douăzeci şi trei de ani, pe nume Werner Heisenberg (1901-1976).

***

Născut la Würzburg, în Germania, ca fiu al unui profesor de limbi clasice, Heisenberg a fost recunoscut de timpuriu ca un copil strălucit şi competitiv. Tatăl lui i-a încurajat spiritul de competiţie şi Heisenberg se bătea adesea cu fratele său, cu un an mai în vârstă. Dihonia a culminat cu o încăierare sângeroasă în care cei doi s-au lovit cu scaune de lemn, după care au încheiat un armistiţiu - care a durat numai fiindcă cei doi au plecat de acasă, fiecare pe drumul său, şi nu şi-au mai vorbit toată viaţa. În anii care vor urma, Heisenberg va ataca la fel de feroce provocările din activitatea sa.

Werner va considera întotdeauna competiţia o provocare personală. Nu avea niciun talent deosebit pentru schi, dar s-a antrenat ca să devină un schior excelent. A ajuns un alergător de cursă lungă. A învăţat să cânte la pian şi la violoncel. Dar cel mai important, când a descoperit, fiind elev în şcoala primară, că are talent la aritmetică, a început să manifeste un interes deosebit pentru matematică şi pentru aplicaţiile acesteia.

În vara anului 1920, Heisenberg a decis să facă un doctorat în matematică. Pentru a fi acceptat într-un program, era nevoie să convingi un cadru al facultăţii să te sponsorizeze, şi printr-o relaţie a tatălui său, Heisenberg a reuşit să obţină un interviu cu un bine-cunoscut matematician de la Universitatea din München, pe nume Ferdinand von Lindemann. După cum se va dovedi, nu a fost genul bun de interviu pe care-l obţii uneori prin relaţii, în care Heisenberg să fi fost servit cu ceai şi prăjituri şi să i se fi spus ce poveşti uimitoare circulau pe seama inteligenţei lui. Dimpotrivă, a fost un interviu prost, în care Lindemann - care mai avea doi ani până la pensie, era pe jumătate surd şi prea puţin interesat de studenţii din anul întâi - ţinea un pudel pe birou, care lătra atât de tare, încât vocea lui Heisenberg abia se auzea. Dar şansele lui Heisenberg au primit lovitura de graţie atunci când a menţionat că citise o carte a lui Einstein despre teoria relativităţii, scrisă de matematicianul Hermann Weyl. Când a auzit de interesul tânărului pentru o carte de fizică, Lindemann, care era specialist în teoria numerelor, a pus brusc capăt interviului, zicând: "În cazul acesta, eşti iremediabil pierdut pentru matematică".

Cu comentariul său, poate că Lindemann a vrut să spună că interesul pentru fizică este un semn de prost-gust, deşi, fiind fizician, îmi place să cred că, de fapt, el a spus că, deoarece Heisenberg fusese expus unui subiect mult mai captivant, nu va mai avea răbdarea necesară pentru matematică. În orice caz, aroganţa şi obtuzitatea lui Lindemann au schimbat cursul istoriei, căci, dacă l-ar fi susţinut pe Heisenberg, fizica l-ar fi pierdut pe omul ale cărui idei aveau să devină nucleul teoriei cuantice.

După ce a fost respins de Lindemann, Heisenberg nu întrevedea multe opţiuni şi s-a decis, drept consolare, să facă un doctorat în fizică, sub îndrumarea lui Arnold Sommerfeld, care fusese un mare susţinător al atomului lui Bohr şi contribuise el însuşi la teorie. Sommerfeld, un bărbat zvelt, cu chelie şi mustaţă mare - şi fără pudeli -, a fost impresionat că tânărul Heisenberg abordase cartea lui Weyl. Nu suficient de impresionat ca să-l ia imediat sub oblăduirea lui, dar destul încât să-i ofere o sponsorizare provizorie. "S-ar putea să ştii câte ceva; sau s-ar putea să nu ştii nimic", i-a spus Sommerfeld. "Vom vedea." Bineînţeles că Heisenberg a ştiut ceva - îndeajuns încât să-şi ducă la bun sfârşit doctoratul cu Sommerfeld în 1923. Iar în 1924 a primit un grad şi mai înalt, numit "abilitare", lucrând sub conducerea lui Born, la Göttingen. Dar drumul lui spre nemurire a început cu adevărat după aceea, în timpul unei vizite făcute lui Niels Bohr la Copenhaga, în toamna anului 1924.

Când a sosit Heisenberg, Bohr tocmai depunea eforturi greşit orientate pentru a-şi îmbunătăţi modelul atomic, iar Heisenberg i s-a alăturat. Am spus "greşit orientate" nu numai fiindcă au dat greş, ci având în vedere scopul lor: Bohr a vrut să elimine din model fotonul, cuanta de lumină a lui Einstein. Faptul ar putea să pară ciudat, căci tocmai ideea cuantelor de lumină i-a sugerat iniţial lui Bohr posibilitatea ca atomii să fie restricţionaţi doar la anumite energii discrete. Dar, la fel ca majoritatea fizicienilor, Bohr avea reţineri să accepte realitatea fotonului, astfel încât s-a întrebat dacă nu s-ar putea crea o variantă a modelului său iniţial de atom care să nu conţină acest concept. Bohr credea că se poate. L-am văzut pe Bohr chinuindu-se cu anumite idei şi reuşind, dar în cazul acesta, s-a chinuit cu o idee şi a dat greş.

Când eram student, eu şi prietenii mei idolatrizam câţiva fizicieni. Pe Einstein, pentru logica sa impecabilă şi ideile radicale. Pe Feynman şi pe fizicianul britanic Paul Dirac (1902-1984), pentru că inventaseră concepte matematice aparent ilicite şi obţinuseră cu ajutorul lor rezultate uimitoare. (Ulterior, matematicienii aveau să găsească o cale pentru a le justifica.) Iar pe Bohr îl divinizam pentru intuiţia lui. Ne gândim la ei ca la nişte eroi, genii supraomeneşti a căror gândire a fost întotdeauna limpede şi ale căror idei au fost întotdeauna corecte. Nu este ceva neobişnuit, fiindcă presupun că şi fanii unor artişti, sportivi sau întreprinzători de succes îşi supralicitează idolii.

În perioada studenţiei mele, ni s-a spus că intuiţia lui Bohr în ce priveşte fizica cuantică era atât de impresionantă, încât el părea să aibă "o linie de comunicare directă cu Dumnezeu". Dar dacă discuţiile despre începuturile teoriei cuantice menţionează adesea marile intuiţii ale lui Bohr, ele rareori pomenesc numeroasele lui idei greşite. Lucru firesc, deoarece cu trecerea timpului ideile bune supravieţuiesc, iar cele greşite sunt uitate. Din păcate, în felul acesta rămânem cu impresia eronată că ştiinţa este mult mai uşoară şi directă - cel puţin pentru anumite "genii" - decât în realitate.

Marele baschetbalist Michael Jordan a spus odată: "Am ratat mai mult de nouă mii de aruncări în cariera mea. Am pierdut aproape trei sute de meciuri. De douăzeci şi şase de ori mi s-au încredinţat aruncări decisive pentru câştigarea meciului şi am ratat. Am dat greş iar şi iar în viaţă. Şi de aceea reuşesc". El a făcut aceste afirmaţii într-o reclamă pentru Nike, fiindcă este o sursă de inspiraţie să auzi că până şi o legendă a avut eşecuri şi a perseverat, depăşindu-le. Pentru cineva angajat într-un domeniu al descoperirii şi inovaţiei, este la fel de valoros să afle despre ideile eronate ale lui Bohr sau despre zadarnicele strădanii alchimice ale lui Newton, să realizeze că idolii noştri intelectuali au idei greşite şi eşecuri la fel de colosale precum cele despre care suntem conştienţi că le-am avut noi înşine.

Prin aceasta, "revoluţionarii" din ştiinţă nu se deosebesc de gânditorii progresişti din alte domenii. Să-l luăm ca exemplu pe Abraham Lincoln, campionul eliberării sclavilor din sudul Statelor Unite, care cu toate acestea a fost incapabil să renunţe la credinţa învechită care stipula că rasele nu vor putea trăi niciodată laolaltă "în egalitate socială şi politică". Lincoln îşi va fi dat şi el seama că lupta lui împotriva sclaviei este în dezacord cu tolerarea inegalităţii rasiale. Dar el şi-a apărat poziţia de susţinere a supremaţiei rasei caucaziene spunând că aspectul esenţial nu este "conformitatea ei cu justiţia", deoarece supremaţia albilor este un "sentiment universal" care, "întemeiat sau nu, nu poate fi lesne trecut cu vederea". Cu alte cuvinte, abandonarea supremaţiei albilor a fost un pas prea radical chiar şi pentru el.

Că Bohr îşi va fi considerat propriul său model atomic o idee prea radicală este interesant, dar nu surprinzător, fiindcă ştiinţa, la fel ca societatea, este construită pe anumite idei şi credinţe împărtăşite, cărora atomul lui Bohr nu li se conforma. Drept urmare, pionierii ştiinţei de la Galilei şi Newton la Bohr şi Einstein - şi mai departe - au avut un picior în trecut, chiar dacă imaginaţia lor a ajutat la crearea viitorului.

Dacă îi întrebi pe oameni de ce cred una sau alta, de regulă ei nu vor fi la fel de deschişi şi conştienţi de sine ca Lincoln. Foarte puţini vor spune - cum a făcut în esenţă el - că ei cred ceva fiindcă aşa cred toţi ceilalţi. Nici "fiindcă aşa am crezut dintotdeauna", sau "fiindcă aşa am fost îndoctrinat să cred acasă şi la şcoală". Dar, aşa cum a remarcat Lincoln, constituie adesea o mare parte a motivului. În societate, credinţele împărtăşite creează cultură, iar uneori nedreptate. În ştiinţă, în artă şi în alte sectoare unde creativitatea şi inovaţia sunt importante, credinţele împărtăşite pot crea bariere mentale în calea progresului. De aceea schimbările se produc adesea în salturi şi de aceea Bohr a eşuat în tentativa de a-şi modifica teoria.

Chiar dacă noua teorie a lui Bohr a fost condamnată din start, ea a avut un efect foarte benefic: l-a obligat pe Heisenberg să se gândească profund la implicaţiile teoriei iniţiale a atomului a lui Bohr. Treptat, analiza lui l-a îndrumat către o viziune cu totul nouă a fizicii: că este nu doar posibil, ci chiar dezirabil să se abandoneze ideea unei imagini intuitive despre mecanismele interioare ale atomului - mişcarea orbitală a electronilor, de exemplu, pe care ne-o imaginăm mental, dar pe care nu o putem observa în practică.

Teoria lui Bohr, asemenea teoriilor fizicii clasice, se baza pe valori atribuite unor caracteristici precum poziţia şi viteza orbitală a electronului. În lumea obiectelor studiate de Newton - proiectile, pendule, planete -, poziţia şi viteza pot fi observate şi măsurate. Dar experimentatorii din laborator nu pot observa dacă electronii din atomi sunt într-un loc sau altul, nici cât de repede se mişcă, presupunând că aceştia se mişcă. Dacă conceptele clasice de poziţie, viteză, traiectorie şi orbită nu sunt observabile la nivelul atomului, a raţionat Heisenberg, atunci poate nu ar mai trebui să încercăm să creăm o ştiinţă a atomului - sau a altor sisteme similare - care să se bazeze pe ele. De ce să ne agăţăm de acele idei vechi? Ele sunt un balast mental din secolul al XVII-lea, a decis Heisenberg.

Este oare posibil, s-a întrebat Heisenberg, să dezvoltăm o teorie bazată numai pe datele despre atom care pot fi direct măsurate, cum ar fi frecvenţele şi amplitudinile radiaţiei pe care le emite acesta?

Rutherford reproşase modelului atomic al lui Bohr că nu oferă niciun mecanism pentru salturile electronului între nivelele energetice ale atomului; Heisenberg va răspunde acelei critici nu oferind un mecanism, ci afirmând că nu există un astfel de mecanism, că nu există traiectorie atunci când vorbim despre electroni, sau cel puţin că problema se situează în afara domeniului fizicii - fiindcă fizicienii măsoară lumina absorbită sau emisă în asemenea procese, dar nu pot asista la procesul în sine. Când Heisenberg s-a întors la Göttingen, în primăvara anului 1925, pentru a lucra ca lector în institutul lui Born, visul şi ţelul său erau să inventeze o nouă abordare a fizicii, bazată exclusiv pe date măsurabile.

Crearea unei ştiinţe radical noi, care să abandoneze descrierea newtoniană intuitivă a realităţii, şi care dezavua concepte precum poziţia şi viteza - pe care cu toţii ni le putem imagina şi însuşi -, ar fi fost un obiectiv îndrăzneţ pentru oricine, şi cu atât mai mult pentru un tânăr de douăzeci şi trei de ani, ca Heisenberg. Dar la fel ca Alexandru cel Mare, care la douăzeci şi doi de ani a schimbat harta politică a lumii, tânărul Heisenberg va conduce o campanie menită să remodeleze harta ştiinţifică a lumii.

***

Teoria creată de Heisenberg pe baza acestei inspiraţii va înlocui legile mişcării ale lui Newton ca teorie fundamentală a naturii. Max Born o va numi "mecanică cuantică", pentru a o distinge de legile lui Newton, desemnate adesea drept mecanică newtoniană, sau mecanică clasică. Dar teoriile fizicii sunt validate de acurateţea previziunilor lor, nu de acordul general sau de simţul comun, astfel încât ne putem întreba cum este posibil ca o teorie bazată pe idei exotice, ca cele ale lui Heisenberg, să înlocuiască o teorie bine stabilită precum cea a lui Newton, care repurtase atâtea succese.

Răspunsul este că, deşi cadrul conceptual aflat la baza mecanicii cuantice este foarte diferit de cel al lui Newton, previziunile matematice ale teoriei se deosebesc de obicei numai pentru sisteme la scară atomică sau mai mică, unde legile lui Newton nu mai sunt valabile. Şi astfel, odată ajunsă la dezvoltare deplină, mecanica cuantică va explica strania comportare a atomului fără să contrazică descrierea bine stabilită a fenomenelor de zi cu zi oferită de teoria newtoniană. Heisenberg şi ceilalţi fizicieni care au lucrat la elaborarea teoriei cuantice ştiau că aşa trebuia să fie şi au dezvoltat o formulare matematică a ideii care a oferit teste utile pentru teoria aflată în evoluţie. Bohr a numit acea formulare "principiul de corespondenţă".

Cum a creat Heisenberg o teorie concretă din ceea ce pe atunci abia dacă era mai mult decât o preferinţă filosofică? Sarcina lui a fost să transpună ideea conform căreia fizica trebuie să se bazeze pe "observabile" - cantităţi pe care le măsurăm - într-un cadru matematic care, asemenea celui al lui Newton, să poată fi utilizat pentru descrierea lumii fizice. Teoria inventată de el se aplică oricărui sistem fizic, dar el a elaborat-o în contextul lumii atomice, cu scopul iniţial de a explica, printr-o teorie matematică generală, motivele succesului modelului atomic ad-hoc al lui Bohr.

Primul pas făcut de Heisenberg a fost să identifice observabilele adecvate pentru atom. Deoarece în lumea atomică ceea ce măsurăm sunt frecvenţele luminii emise de atomi şi amplitudinea - sau intensitatea - liniilor spectrale corespunzătoare, acestea au fost proprietăţile alese de el. După care a trecut la aplicarea tehnicilor din fizica matematică tradiţională la deducerea relaţiei dintre "observabilele" newtoniene tradiţionale, precum poziţia şi viteza, şi datele despre liniile spectrale. Scopul lui a fost să folosească acea conexiune pentru a înlocui fiecare observabilă din fizica newtoniană cu corespondentul ei cuantic. Pasul acesta va necesita deopotrivă creativitate şi curaj, fiindcă îi va cere lui Heisenberg să transforme poziţia şi impulsul în entităţi matematice pe cât de noi, pe atât de bizare.

Noul tip de variabilă a fost cerut de faptul că, deşi poziţia - de pildă - este definită specificând un singur punct, datele spectrale necesită o descriere diferită. Fiecare dintre diversele proprietăţi ale luminii emise de atomi, precum culoarea şi intensitatea, formează nu doar un singur număr, ci un întreg şir de numere. Datele formează un şir deoarece există o linie spectrală corespunzătoare saltului din oricare stare iniţială a atomului către oricare stare finală - generând câte o intrare pentru fiecare pereche posibilă de nivele energetice din modelul lui Bohr. Dacă pare complicat, nu vă faceţi griji - chiar aşa este. De fapt, când a elaborat această schemă, Heisenberg însuşi a calificat-o la început drept "foarte stranie". Dar esenţialul realizării sale a fost eliminarea din teorie a unor orbite electronice care pot fi vizualizate şi înlocuirea lor cu mărimi pur matematice.

* În teoria lui Heisenberg, poziţia este reprezentată de o matrice infinită, sau un număr infinit de numere, în locul familialelor coordonate spaţiale. *

Cei care, asemenea lui Rutherford, au lucrat la teorii ale atomului înaintea lui Heisenberg, au vrut să descopere un mecanism în spatele proceselor atomice. Ei s-au gândit la conţinutul inaccesibil al atomului ca fiind real şi au încercat să deducă natura liniilor spectrale pe baza unor presupuneri despre ce este în interior - de exemplu, electroni în mişcare orbitală. Analizele lor au pornit întotdeauna de la supoziţia că şi componentele atomului au aceleaşi caracteristici de bază ca şi obiectele cu care suntem obişnuiţi din viaţa de zi cu zi. Numai Heisenberg a gândit altfel şi a avut curajul să declare că orbitele electronilor depăşesc scopul observaţiei şi, prin urmare, nu sunt reale şi nu-şi au locul în teoria lui. Aceasta va fi abordarea lui Heisenberg nu numai în cazul atomului, ci al oricărui sistem fizic.

Insistând pe asemenea analize, Heisenberg a abandonat imaginea newtoniană a lumii ca un aranjament de obiecte materiale care posedă o existenţă individuală şi proprietăţi bine definite, precum viteză şi localizare. Odată perfecţionată, teoria lui ne va cere să acceptăm în schimb o lume bazată pe o schemă conceptuală diferită, în care traiectoria unui obiect, şi chiar trecutul şi viitorul său, nu sunt precis stabilite.

Dacă avem în vedere că în lumea actuală mulţi oameni au dificultăţi să se adapteze la noile tehnologii precum SMS-urile şi reţelele sociale, ne putem imagina de câtă deschidere mentală a fost nevoie pentru ca gândirea să poată accepta o teorie care afirma că electronii şi nucleele din care suntem alcătuiţi nu au o existenţă concretă. Iar abordarea lui Heisenberg tocmai asta pretindea. Nu era doar un nou gen de fizică - era o concepţie cu totul nouă despre realitate. Chestiuni de felul acesta l-au făcut pe Max Born să pună sub semnul întrebării sciziunea veche de secole dintre fizică şi filosofie. "Sunt convins acum", a scris el, "că fizica teoretică este de fapt filosofie."

Când ideile acestea au început să se clarifice pentru Heisenberg, iar calculele sale matematice au progresat, el a devenit tot mai entuziast. Dar tocmai atunci a suferit o criză de alergie la polen atât de puternică, încât a trebuit să plece din Göttingen şi să se retragă pe o insulă din Marea Nordului, pe care nu creştea aproape nimic. Toată faţa îi era umflată într-un mod oribil. Cu toate acestea, a continuat să lucreze zi şi noapte şi a terminat cercetările care vor constitui primul său articol despre ideile care vor revoluţiona fizica.

Revenit acasă, Heisenberg şi-a aşternut pe hârtie descoperirile şi a înmânat o copie prietenului său Pauli şi o alta lui Born. Articolul a conturat o metodologie şi a aplicat-o câtorva probleme simple, dar Heisenberg nu a fost în măsură să-şi aplice ideile pentru a calcula ceva de interes practic. Lucrarea sa era într-o stare brută, oribil de complicată şi extrem de misterioasă. Pentru Born, confruntarea cu ea trebuie să fi părut asemenea conversaţiei unei persoane pe care o întâlneşti la o petrecere, şi care vorbeşte tot timpul fără să spună de fapt nimic. Puşi în situaţia de a citi o lucrare atât de dificilă, majoritatea oamenilor se vor strădui câteva minute, după care o vor pune deoparte şi vor bea un pahar cu vin. Dar Born a perseverat şi în final a fost atât de impresionat de lucrarea lui Heisenberg, încât i-a scris imediat lui Einstein, spunându-i că ideile tânărului om de ştiinţă sunt "fără îndoială corecte şi profunde".

Asemenea lui Bohr şi Heisenberg, Born fusese inspirat de teoria relativităţii, enunţată de Einstein, şi a remarcat că focalizarea lui Heisenberg asupra a ceea ce poate fi măsurat era analoagă cu atenţia acordată de Einstein, în crearea relativităţii, aspectelor operaţionale ale măsurării timpului. Dar lui Einstein nu i-a plăcut teoria lui Heisenberg şi în acest punct al evoluţiei teoriei cuantice Einstein şi cuantele se vor despărţi: Einstein nu a putut să gireze o teorie care abandonează existenţa unei realităţi obiective bine definite, în care obiectele au proprietăţi precum poziţie şi viteză. El era dispus să accepte că proprietăţile atomului pot fi explicate de o teorie provizorie care să nu facă referire la orbitele din atom. Dar o teorie fundamentală care să proclame că aceste orbite nu există - la aşa ceva nu putea să subscrie. După cum va scrie el mai târziu, "Înclin să cred că fizicienii nu vor fi permanent satisfăcuţi cu... o descriere indirectă a Realităţii".

Heisenberg însuşi nu ştia sigur ce crease. El şi-a amintit mai târziu cât de buimac a fost când, în pragul descoperirii, a lucrat într-o noapte până la ora 3 dimineaţa, iar apoi nu a putut să doarmă din pricina tulburării. Totuşi, în timp ce lucra la manuscrisul primului său articol în care îşi expunea ideile, i-a scris tatălui său: "În momentul de faţă lucrările mele nu merg prea bine. Nu produc foarte mult şi nu ştiu dacă din toate acestea va mai rezulta alt studiu".

Între timp, Born continua să se frământe cu strania matematică a lui Heisenberg. Apoi, într-o zi, a avut o revelaţie: mai văzuse undeva o schemă asemănătoare cu a lui Heisenberg. Şirurile sale, şi-a adus el aminte, semănau cu ceea ce matematicienii numesc "matrici". Algebra matricială era pe atunci un subiect dificil şi obscur şi se părea că Heisenberg îl reinventase. Born l-a rugat pe Pauli să-l ajute să transpună lucrarea lui Heisenberg în limbajul matematic al matricilor (şi să extindă acel limbaj pentru a include faptul că matricile lui Heisenberg aveau un număr infinit de linii şi de coloane). Pauli, viitor laureat al Premiului Nobel, a devenit agitat. El l-a acuzat pe Born că încearcă să ruineze frumoasele "idei fizice" ale prietenului său introducând "o matematică inutilă" şi "un formalism anost şi complicat".

În realitate, limbajul matricilor se va dovedi o mare simplificare. Born a mai găsit pe cineva care să ajute cu algebra matricială, anume studentul său Pascual Jordan, şi peste câteva luni, în noiembrie 1925, Heisenberg, Born şi Jordan au publicat un articol despre teoria cuantică a lui Heisenberg, care acum este o piatră de hotar în istoria ştiinţei. La scurt timp după aceea, Pauli le-a asimilat lucrarea şi a aplicat noua teorie la deducerea liniilor spectrale ale hidrogenului, arătând totodată cum sunt ele afectate de câmpurile electrice şi magnetice, ceea ce nu fusese posibil până atunci. A fost prima aplicaţie practică a noii teorii în curs de formare şi avea să detroneze în curând mecanica lui Newton.

***

Trecuseră mai mult de două mii de ani de la apariţia ideii de atom, mai mult de două sute de ani de când Newton inventase mecanica matematică şi mai bine de douăzeci de ani de când Planck şi Einstein introduseseră conceptul de cuantă. Teoria lui Heisenberg a fost într-un fel punctul culminant al tuturor acelor lungi şiruri de idei ştiinţifice.

Problema era că, pe deplin dezvoltată, teoria lui Heisenberg avea nevoie de treizeci de pagini ca să explice nivelele energetice ale atomului, lucru pe care teoria lui Bohr îl făcuse în câteva rânduri. La aceasta, mereu practicul meu tată, croitorul, ar fi comentat: "Of, şi pentru asta a trebuit să studieze toţi acei ani?". Şi totuşi teoria lui Heisenberg era superioară, fiindcă şi-a produs rezultatele pe baza unor principii profunde, în locul presupunerilor ad-hoc ale lui Bohr. S-ar putea crede că, din acest motiv, ea a fost numaidecât îmbrăţişată de fizicieni. Dar majoritatea nu erau direct implicaţi în căutarea unei teorii a cuantelor şi păreau să gândească la fel ca tatăl meu. Pentru ei, a fi nevoie de treizeci de pagini, în loc de trei rânduri, nu era un progres. Aceştia - printre care se remarca Rutherford - nu au fost nici impresionaţi, nici interesaţi, privindu-l pe Heisenberg aşa cum ai privi un mecanic auto care-ţi spune că defecţiunea se poate remedia înlocuind termostatul, dar că ar fi mai bine să-ţi iei o maşină nouă.

Micul grup al celor iniţiaţi în teoria cuantică au avut însă o reacţie diferită. Aproape fără excepţie, au fost copleşiţi. Fiindcă teoria lui Heisenberg, deşi vădit complicată, reuşea să explice într-un sens profund de ce teoria provizorie a atomului de hidrogen, a lui Bohr, funcţionase, oferind în acelaşi timp o descriere completă a datelor observate.

Mai ales pentru Bohr, aceasta a fost încununarea unei căutări la a cărei iniţiere ajutase. El a ştiut că atomul său constituia un model provizoriu ad-hoc, menit a fi explicat, în cele din urmă, de o teorie mai generală care - conform propriei convingeri - era cea de faţă. "Datorită ultimei lucrări a lui Heisenberg", a scris el, "dintr-o trăsătură de condei s-au împlinit aspiraţii care erau de multă vreme în centrul dorinţelor noastre".

Pentru o vreme, fizica s-a aflat într-o situaţie bizară, ca pe un stadion unde se joacă finala Cupei Mondiale şi s-a marcat golul victoriei, dar numai câţiva suporteri au băgat de seamă. Printr-o ironie, teoria cuantică a promovat de la stadiul de teorie aflată doar în atenţia specialiştilor la ceea ce se recunoaşte acum a fi teoria fundamentală aflată la baza întregii fizici prin apariţia - câteva luni mai târziu, în ianuarie şi februarie 1926 - a două articole care descriau împreună o altă teorie generală a cuantelor, una care folosea concepte şi metode foarte diferite - pare-se, o viziune diferită a realităţii.

Noua teorie concurentă descria electronii din atom sub forma unei unde - concept pe care fizicienii erau obişnuiţi să-l vizualizeze, deşi fără îndoială că nu în contextul electronilor. Destul de ciudat, în pofida diferenţelor, ea explica atomul lui Bohr la fel de bine ca teoria lui Heisenberg. Păreau să existe acum două teorii incompatibile, una privind natura ca alcătuită din unde de materie şi energie, şi o alta care insista că este inutil să concepem natura ca alcătuită din ceva, recomandând în schimb să luăm în considerare numai relaţiile matematice dintre date.

Noua teorie cuantică era creaţia fizicianului austriac Erwin Schrödinger (1887-1961) şi se deosebea ca stil de cea a lui Heisenberg aproape la fel de mult ca cei doi oameni şi împrejurările în care cei doi au făcut descoperirile. În timp ce Heisenberg a lucrat singur, pe o insulă stâncoasă, având sinusurile umflate, Schrödinger a scris în timpul unei vacanţe de Crăciun, petrecută cu o amantă în staţiunea Arosa din munţii Alpi. "El şi-a realizat marea operă", a spus un prieten al său matematician, "în timpul unei izbucniri erotice târzii." Pentru matematicianul cu pricina, "târziu" se referea la vârsta înaintată de treizeci şi opt de ani, cât avea Schrödinger pe atunci.

Poate că matematicianul avea totuşi oarecare dreptate cu privire la vârsta înaintată a lui Schrödinger. Am văzut de nenumărate ori că tinerii fizicieni acceptă ideile noi, pe când cei mai vârstnici tânjesc după modul tradiţional de gândire, ca şi cum cu cât îmbătrâneşti, cu atât devine mai greu să te adaptezi la mutaţiile unei lumi în schimbare. Lucrarea lui Schrödinger se dovedeşte a fi încă un exemplu al acestei tendinţe - căci, ironic, motivaţia lui în elaborarea noii teorii a fost dorinţa de a avea o teorie a cuantelor care, spre deosebire de cea a lui Heisenberg, să fie asemănătoare fizicii clasice: Schrödinger lupta pentru menţinerea familiarului, nu pentru eliminarea lui.

Spre deosebire de mult mai tânărul Heisenberg, Schrödinger a vizualizat mişcarea electronilor în atom. Şi chiar dacă exoticele sale "unde de materie" nu atribuiau direct electronului proprietăţi newtoniene, precum orbitele lui Bohr, noua lui "teorie ondulatorie" a cuantelor, pe care la început nimeni nu a ştiut exact cum s-o interpreteze, promitea să evite viziunea dezagreabilă a realităţii, impusă de teoria lui Heisenberg. A fost o alternativă pe care fizicienii au apreciat-o. Înaintea lui Schrödinger, mecanica cuantică era cu greu acceptată. Deoarece matematica neobişnuită a lui Heisenberg implica un număr infinit de ecuaţii matriciale, aceasta părea îngrozitor de complicată, iar fizicienilor nu le era la îndemână să renunţe la variabilele pe care le puteau vizualiza, în favoarea unor matrici simbolice. Teoria lui Schrödinger, pe de altă parte, era uşor de folosit şi se baza pe ecuaţii asemănătoare acelora pe care fizicienii le cunoşteau din facultate, în contextul undelor sonore şi al undelor într-un fluid. Metodologia aceasta era pâinea fizicienilor clasici, făcând ca tranziţia la fizica cuantică să fie relativ uşoară. La fel de important, oferind o modalitate de vizualizare a atomului, chiar dacă nu utiliza concepte newtoniene precum cel de orbită, Schrödinger făcuse teoria cuantică mai acceptabilă - şi antiteza a ceea ce urmărise Heisenberg să facă.

La început, chiar şi lui Einstein i-a plăcut teoria lui Schrödinger. El însuşi luase în considerare ideea undelor de materie şi lucrase în trecut cu fizicianul austriac. "Ideea lucrării tale provine dintr-un geniu autentic!" i-a scris el lui Schrödinger în aprilie 1926. Zece zile mai târziu, el i-a scris din nou: "Sunt convins că, prin formularea condiţiei cuantice, ai făcut un progres decisiv, la fel cum sunt convins că metoda Heisenberg-Born este eronată". La începutul lui mai, el a scris încă o dată elogios despre lucrarea lui Schrödinger.

Cu toate acestea, în aceeaşi lună - mai 1926 -, Schrödinger a lansat o a doua bombă: el a publicat un articol în care demonstra, spre propria lui dezamăgire, că din punct de vedere matematic teoria lui şi cea a lui Heisenberg erau echivalente - ambele erau corecte. Altfel spus, deşi cele două teorii foloseau cadre conceptuale diferite - viziuni diferite despre ce se petrece "sub gluga" naturii (de fapt, Heisenberg refuzase chiar să privească sub glugă) - acestea se dovedeau a fi doar diferenţe de limbaj: privitor la ceea ce observăm, cele două teorii spuneau acelaşi lucru.

Pentru a complica şi mai mult lucrurile (sau pentru a le face şi mai interesante), două decenii mai târziu, Richard Feynman va crea o a treia formulare a teoriei cuantice, diferită în cadrele ei matematic şi conceptual atât de cea a lui Heisenberg, cât şi de cea a lui Schrödinger, dar în acelaşi timp echivalentă matematic cu ele - implicând aceleaşi principii fizice şi făcând previziuni identice.

Wallace Stevens a scris: "Aveam trei minţi, / asemenea unui copac / în care sunt trei păsări"; dar transpusă în fizică, situaţia aceasta pare stranie. Dacă fizica deţine un "adevăr" oarecare, pot să existe mai multe teorii "corecte"? Da, chiar şi în fizică lucrurile pot fi văzute în multe moduri. Acest fapt este valabil mai ales în fizica modernă, unde lucrurile pe care le "privim" - cum ar fi atomii, electronii sau particula Higgs - nu pot fi literalmente "văzute", obligându-i pe fizicieni să-şi creeze imaginile mentale cu ajutorul matematicii, în lipsa unei realităţi palpabile.

În fizică, o persoană poate să formuleze o teorie în termenii unui set de concepte, în timp ce o altă persoană va formula o teorie a aceluiaşi fenomen în termenii unui set diferit. Ceea ce înalţă acest exerciţiu deasupra disputelor politice de tipul dreapta-stânga este faptul că în fizică, pentru ca o teorie să fie acceptată ca valabilă, ea trebuie să treacă testul experimentului, ceea ce înseamnă că teoriile alternative trebuie să conducă la aceleaşi concluzii - ceva ce filosofiile politice fac doar arareori.

Aceasta ne duce înapoi la întrebarea dacă teoriile sunt descoperite sau inventate. Fără să abordăm problema filosofică a existenţei unei realităţi obiective, putem spune că procesul creării teoriei cuantice a fost unul de descoperire, în sensul că fizicienii au dat peste o mulţime din principiile sale în timp ce explorau natura, dar totodată ea a fost inventată, în sensul că oamenii de ştiinţă au conceput şi au creat mai multe cadre conceptuale diferite care toate fac acelaşi lucru. Aşa cum materia se poate comporta ca undă sau ca particulă, se pare că şi teoria care o descrie are două caracteristici contradictorii.

Când Schrödinger şi-a publicat lucrarea în care demonstra echivalenţa dintre teoria lui şi cea a lui Heisenberg, nimeni nu înţelegea încă interpretarea corectă a formulării sale. Cu toate acestea, din demonstraţia lui reieşea fără niciun dubiu că abordarea lui va ridica aceleaşi probleme filosofice deja evidente în versiunea lui Heisenberg a teoriei. Astfel încât, ulterior acelui articol, Einstein nu va mai scrie niciodată aprobator despre teoria cuantică.

Schrödinger însuşi va adopta curând o atitudine critică faţă de teoria cuantică. El a remarcat că nu şi-ar fi publicat lucrările dacă ar fi ştiut "ce consecinţe vor declanşa ele". El îşi crease aparent inofensiva teorie în încercarea de a înlocui alternativa dezagreabilă a lui Heisenberg, dar echivalenţa celor două demonstra că el nu înţelesese implicaţiile nedorite ale propriei sale lucrări. În final, el nu făcuse decât să alimenteze focul şi să ducă mai departe noile idei cuantice pe care preferase să nu le accepte.

Într-o notă de subsol neobişnuită din articolul său despre echivalenţă, Schrödinger a scris că se simte "descurajat, ca să nu spun dezgustat", de metodele lui Heisenberg, "care mie mi se par foarte dificile, precum şi de imposibilitatea vizualizării acestora". Repulsia era reciprocă. După ce a citit articolele în care Schrödinger îşi prezenta teoria, Heisenberg i-a scris lui Pauli: "Cu cât reflectez mai mult asupra aspectelor fizice ale teoriei lui Schrödinger, cu atât mi se pare mai dezgustătoare... ceea ce a scris Schrödinger despre capacitatea de vizualizare a teoriei e o prostie".

Rivalitatea s-a dovedit a fi unilaterală, fiindcă metoda lui Schrödinger a devenit repede formalismul preferat de majoritatea fizicienilor şi pentru rezolvarea celor mai multe probleme. Numărul oamenilor de ştiinţă din domeniul teoriei cuantice a crescut vertiginos, dar al celor care utilizau formularea lui Heisenberg era foarte redus.

Chiar şi Born, care îl ajutase pe Heisenberg să-şi elaboreze teoria, a fost atras de metoda lui Schrödinger, iar Pauli, prietenul lui Heisenberg, se mira cât de simplu este să deduci spectrul hidrogenului folosind ecuaţia lui Schrödinger. Nimic din toate acestea nu era pe placul lui Heisenberg. Între timp, Bohr a depus eforturi pentru a înţelege mai bine relaţia dintre teorii. Până la urmă, fizicianul britanic Paul Dirac a dat explicaţia definitivă a conexiunii profunde dintre cele două formulări ale teoriei şi chiar a inventat un formalism hibrid, care este preferat în prezent şi care permite trecerea lejeră de la una la alta, în funcţie de problema examinată. În 1960 existau deja peste 100.000 de articole despre aplicaţiile teoriei cuantice.

Citiţi aici continuarea acestui fragment.

***

Această carte face parte din Campania Naţională Te aşteptăm în librărie!, 2019.

 

Leonard Mlodinow
Odiseea umană. De la viaţa în copaci la înţelegerea cosmosului
Editura Herald, 2019
traducere din limba engleză de Walter Fotescu



***
Fragment

Citiţi aici prima partea a acestui fragment.

***

În pofida tuturor progreselor înregistrate de teoria cuantică, abordarea lui Heisenberg se va afla mereu în centrul ei, întrucât el fusese inspirat de dorinţa de a elimina imaginea clasică a particulelor care se mişcă pe o traiectorie în spaţiu, iar în 1927 a publicat articolul care i-a asigurat victoria în această bătălie. El a dovedit odată pentru totdeauna că indiferent de formalismul folosit, este o chestiune de principiu ştiinţific - ceea ce numim acum principiul incertitudinii - că orice încercare de a reprezenta mişcarea în sensul lui Newton este zadarnică. Deşi conceptul de realitate al lui Newton pare valabil la scară macroscopică, la nivelul mai fundamental al atomilor şi moleculelor care alcătuiesc obiectele macroscopice, universul este guvernat de un set de legi foarte diferite.

Principiul incertitudinii restrânge ceea ce putem şti la un moment dat despre anumite perechi de observabile, cum ar fi poziţia şi viteza. Nu este o restricţie dictată de tehnologia măsurătorilor, nici o limită a ingeniozităţii umane, ci o restricţie impusă de natura însăşi. Teoria cuantică afirmă că obiectele nu au proprietăţi exacte, cum ar fi poziţia sau viteza; şi, mai mult decât atât, cu cât o măsori mai precis pe una, cu atât mai puţin precis o vei putea măsura pe cealaltă.

Desigur că în viaţa de zi cu zi se pare că suntem capabili să măsurăm simultan poziţia şi viteza oricât de precis dorim. Aceasta pare să contrazică principiul incertitudinii, dar, dacă te familiarizezi cu matematica teoriei cuantice, vei constata că masele obiectelor uzuale sunt atât de mari, încât principiul incertitudinii este irelevant pentru fenomenele cotidiene. Dacă fizica newtoniană a funcţionat un timp atât de îndelungat, asta s-a întâmplat fiindcă limitele ei au devenit vizibile numai atunci când fizicienii au abordat fenomenele de la scara atomului.

De exemplu, să presupunem că electronii ar cântări la fel de mult ca o minge de fotbal. În acest caz, dacă localizezi poziţia electronului cu o aproximaţie de un milimetru în orice direcţie, îi poţi măsura viteza cu o precizie mai mare de o miliardime de miliardime de miliardime de kilometru pe oră. Aceasta este cu siguranţă suficient, în orice scop am dori să facem o astfel de măsurătoare în viaţa de zi cu zi. Dar cu electronul real, care este incomparabil mai uşor decât o minge de fotbal, lucrurile stau altfel. Dacă măsori poziţia unui electron real cu o precizie corespunzând aproximativ cu dimensiunea atomului, principiul incertitudinii afirmă că viteza electronului nu poate fi determinată mai precis de plus sau minus 1.000 de kilometri pe oră - anume, diferenţa dintre electronul aflat în repaus şi cel mişcându-se mai rapid decât un avion cu reacţie. Şi astfel Heisenberg a obţinut în fine satisfacţie: acele orbite atomice inobservabile, care să precizeze cu exactitate traiectoria electronului, sunt în ultimă instanţă interzise chiar de natură.

Când teoria cuantică a fost mai bine înţeleasă, a devenit clar că în lumea cuantică nu există certitudine, ci numai probabilităţi - nu există "Da, aceasta se va întâmpla", ci numai "Unul dintre aceste lucruri se va întâmpla cu siguranţă". În viziunea newtoniană despre lume, stările universului la un moment dat în viitor sau în trecut sunt considerate a fi imprimate în starea actuală a universului şi, folosind legile lui Newton, cineva suficient de inteligent le-ar putea citi. Dacă am dispune de suficiente date despre interiorul Pământului, am putea prevedea cutremurele; dacă am cunoaşte toate detaliile fizice relevante despre vreme, am putea, în principiu, să spunem cu certitudine dacă va ploua mâine sau peste un secol.

Acest "determinism" newtonian se află în chiar inima ştiinţei newtoniene: ideea că un eveniment îl cauzează pe următorul, şi aşa mai departe, şi că totul poate fi prezis cu ajutorul matematicii. A făcut parte din revelaţia lui Newton, un fel de certitudine îmbătătoare care i-a inspirat pe toţi, de la economişti la sociologi, "să-şi dorească să aibă ceea ce are fizica". Dar teoria cuantică ne spune că în miezul ei - la nivelul fundamental al atomilor şi particulelor din care este alcătuit totul - lumea nu este deterministă, că starea prezentă a universului nu determină evenimentele viitoare (sau trecute), ci numai probabilitatea ca una din multele alternative viitoare să se producă (sau ca evenimente trecute să se fi produs). Cosmosul - ne spune teoria cuantică - este asemenea unui enorm joc de bingo. Ca o reacţie la aceste idei a făcut Einstein celebra sa afirmaţie, într-o scrisoare adresată lui Born, că "teoria [cuantică] are multe rezultate, dar ne apropie prea puţin de secretele Bătrânului. Convingerea mea este că El nu joacă zaruri".

Este interesant că Einstein a invocat conceptul de Dumnezeu - "Bătrânul" - în această afirmaţie. Einstein nu credea în Dumnezeul personal din tradiţia biblică, de exemplu. Pentru Einstein, Dumnezeu nu era un jucător implicat în detaliile intime ale vieţii noastre, ci reprezenta frumuseţea şi simplitatea logică a legilor cosmosului. Astfel că, atunci când Einstein a spus că Bătrânul nu joacă zaruri, el înţelegea prin aceasta că nu poate accepta să acorde hazardului un rol în marea schemă a naturii.

Tatăl meu nu a fost nici fizician, nici jucător de zaruri, iar în perioada cât a locuit în Polonia nu a ştiut nimic despre grandioasele evoluţii care aveau loc în fizică, la numai câteva sute de kilometri depărtare. Dar când i-am explicat incertitudinea cuantică, i-a venit mult mai uşor s-o accepte decât lui Einstein. Pentru tatăl meu, încercarea de a înţelege universul nu era centrată pe observaţii făcute cu telescoape sau microscoape, ci pe condiţia umană. Şi astfel, la fel cum a înţeles, din propria lui viaţă, distincţia lui Aristotel între schimbarea naturală şi cea violentă, trecutul său a făcut ca hazardul inerent în teoria cuantică să fie o pastilă uşor de înghiţit. El mi-a povestit despre vremea când a stat într-un şir lung, în piaţa oraşului, unde naziştii adunaseră mii de evrei. Când a început razia, s-a ascuns într-o latrină împreună cu un lider al Rezistenţei evadat, pe care trebuia să-l protejeze. Dar nici el, nici liderul nu au putut să suporte duhoarea, încât până la urmă au ieşit. Evadatul a luat-o la goană şi nimeni nu l-a mai văzut vreodată. Tatăl meu a fost împins în rând şi i s-a alăturat aproape de capătul acestuia.

Şirul se mişca lent şi tatăl meu a văzut că toţi erau urcaţi în camioane. Când era aproape să-i vină rândul, ofiţerul SS responsabil i-a oprit pe ultimii patru, printre care se afla şi tatăl meu. Aveau nevoie de trei mii de evrei şi se pare că acel şir avea 3.004. Oriunde trebuiau să meargă, au mers fără el. Mai târziu, el a aflat că destinaţia fusese cimitirul local, unde fiecare a trebuit să sape o groapă, după care a fost împuşcat şi îngropat. Tatăl meu trăsese numărul 3.004 într-o loterie a morţii, în care precizia germană a învins brutalitatea nazistă. Pentru tatăl meu, acela a fost un exemplu de hazard pe care mintea lui cu greu îl putea pricepe. Hazardul mecanicii cuantice, în schimb, i s-a părut lesne de înţeles.

La fel ca vieţile noastre, o teorie ştiinţifică poate fi clădită pe stâncă sau pe nisip. Speranţa nemărginită a lui Einstein a fost că teoria cuantică se va dovedi construită pe nisip, o fundaţie slabă, care pe termen lung îi va cauza prăbuşirea. La apariţia principiului incertitudinii, el a sugerat că acesta nu este un principiu fundamental al naturii, ci o limitare a mecanicii cuantice - un indiciu că teoria nu are o fundaţie solidă.

Obiectele au valori bine definite pentru mărimi precum poziţia şi viteza, credea el, numai că teoria cuantică nu le poate pune în evidenţă. În ciuda succeselor ei incontestabile, mecanica cuantică - a spus Einstein - trebuie că este întruparea unei teorii mai profunde, care va repune în drepturi realitatea obiectivă. Deşi puţini în afară de el au împărtăşit această credinţă, timp de mulţi ani a fost o posibilitate pe care nimeni nu o putea exclude, şi Einstein s-a dus în mormânt convins că într-o zi se va dovedi că avusese dreptate. În ultimele decenii însă, experimente sofisticate bazate pe ideile foarte ingenioase ale fizicianului teoretician irlandez John Bell (1928-1990) au eliminat posibilitatea aceasta. Incertitudinea cuantică nu poate fi eliminată.

"Verdictul lui Einstein", a mărturisit Born, "a fost o lovitură grea." Born, împreună cu Heisenberg, adusese contribuţii importante la interpretarea probabilistă a mecanicii cuantice şi sperase la o reacţie mai pozitivă. El îl venera pe Einstein şi a avut un sentiment de pierdere, ca şi cum ar fi fost părăsit de un lider respectat. Şi alţii au simţit la fel, şi au fost mişcaţi până la lacrimi când s-au văzut nevoiţi să respingă ideile lui Einstein. În curând, Einstein s-a aflat practic singur în opoziţia sa faţă de teoria cuantică, cântând, cum s-a exprimat el, "cântecelul meu solitar" şi "părând foarte ciudat, văzut din afară". În 1949, la circa douăzeci de ani după prima scrisoare în care a respins lucrarea lui Born, şi cu numai şase ani înaintea morţii sale, el i-a scris din nou lui Born, pentru a-i spune: "Sunt unanim privit ca un fel de obiect pietrificat, pe care trecerea anilor l-a orbit şi l-a surzit. Rolul acesta nu mi se pare prea dezagreabil, întrucât corespunde foarte bine cu temperamentul meu".

***

Teoria cuantică a fost creată în Europa Centrală printr-o concentrare de putere cerebrală ştiinţifică ce a depăşit - sau cel puţin a rivalizat - cu oricare dintre constelaţiile intelectuale pe care le-am întâlnit în călătoria noastră de-a lungul epocilor. Inovaţiile încep cu un mediu fizic şi social adecvat, astfel încât faptul că cei din ţări îndepărtate au avut puţine contribuţii nu este întâmplător: stimulaţi de progresele tehnice care au revelat un torent de noi fenomene legate de atom, fizicienii teoreticieni destul de norocoşi să facă parte dintr-o comunitate în acel timp şi acel loc au făcut schimb de intuiţii şi observaţii privind aspecte ale universului dezvăluite pentru prima oară în istoria omenirii. A fost un timp magic în Europa, în care izbucnirile imaginaţiei luminau cerul una după alta, până când au început să apară contururile unui nou tărâm al naturii.

Mecanica cuantică s-a născut din sudoarea şi geniul multor oameni de ştiinţă care au lucrat într-un număr restrâns de ţări, schimbând idei şi polemizând, dar cu toţi aliaţi în pasiunea şi dăruirea pentru atingerea aceluiaşi ţel. Dar atât alianţele, cât şi conflictele acelor minţi strălucite vor fi în curând eclipsate de haosul şi sălbăticia care vor pune stăpânire pe continent. Stelele fizicii cuantice vor fi împrăştiate la fel ca un castel din cărţi de joc în bătaia vântului.

Începutul sfârşitului a venit în ianuarie 1933, când feldmareşalul Paul von Hindenburg, preşedintele Germaniei, l-a numit pe Adolf Hitler cancelar. În noaptea imediat următoare, în marele oraş universitar Göttingen - unde Heisenberg, Born şi Jordan colaboraseră la crearea mecanicii lui Heisenberg -, nazişti în uniformă mărşăluiau pe străzi, agitând torţe şi zvastici, cântând cântece patriotice şi hărţuind evreii. În numai câteva luni, naziştii au iniţiat ceremonii de incinerare a cărţilor în toată ţara şi au proclamat o epurare a non-arienilor din universităţi. Dintr-odată, mulţi dintre cei mai respectaţi intelectuali germani s-au văzut obligaţi să-şi abandoneze căminele; alţii, precum tatăl meu, croitor polonez fără astfel de opţiuni, au trebuit să rămână şi să facă faţă ameninţării naziste în creştere. Se estimează că în decurs de cinci ani, aproape două mii de savanţi de prim rang au părăsit Germania datorită fie originii etnice, fie convingerilor politice.

Se spune că Heisenberg a remarcat cu multă voioşie despre ascensiunea lui Hitler că "acum cel puţin este ordine, s-a pus capăt instabilităţii şi avem o mână forte care guvernează Germania, ceea ce va fi spre binele Europei". Încă din adolescenţă, Heisenberg fusese nemulţumit de starea societăţii germane. El chiar activase într-o grupare de tineret naţionalistă care combina lungi drumeţii în natură cu discuţii în jurul focului de tabără, în cadrul cărora se deplângea decăderea morală din Germania şi pierderea tradiţiilor şi a unui ţel comun. Ca om de ştiinţă, el aspira să fie deasupra politicii, dar se pare că a văzut în Hitler mâna forte capabilă să restaureze măreţia Germaniei din perioada de dinaintea Primului Război Mondial.

Dar noua fizică susţinută de Heisenberg, şi la a cărei inventare contribuise decisiv, era menită să-l irite pe Hitler. În secolul al XIX-lea, fizica germană îşi stabilise supremaţia şi prestigiul în primul rând prin culegerea şi analiza datelor. Desigur, au fost emise şi analizate anumite ipoteze matematice, dar în general nu acesta a fost obiectivul fizicienilor. În primele decenii ale secolului al XX-lea însă, fizica teoretică a înflorit ca un domeniu de sine stătător şi, aşa cum am văzut, a obţinut succese răsunătoare. Dar naziştii au respins-o ca fiind excesiv de speculativă şi obscură matematic. La fel ca arta "degenerată", pe care o urau atât de mult, ei o percepeau ca abstractă şi de un suprarealism dezgustător. Dar, cel mai rău, ea era creaţia unor savanţi de origine evreiască (Einstein, Born, Bohr, Pauli).

Naziştii au calificat noile teorii - relativitatea şi mecanica cuantică - drept "fizică evreiască". În consecinţă, ele erau nu doar greşite, ci şi degenerate, iar predarea lor în universităţi a fost interzisă. Însuşi Heisenberg, care a avut necazuri fiindcă lucrase la "fizica evreiască" şi colaborase cu fizicieni evrei. Atacurile l-au înfuriat pe Heisenberg care, în pofida numeroaselor oferte prestigioase din străinătate, rămăsese în Germania, loial guvernului său, şi făcuse tot ce-i ceruse al Treilea Reich.

Heisenberg a încercat să-şi rezolve problemele apelând direct la Heinrich Himmler, liderul organizaţiei Schutzstaffel (SS-ul) şi omul care va fi responsabil de construirea lagărelor de concentrare. Mama lui îl cunoştea de mulţi ani pe Himmler, şi Heisenberg s-a folosit de această relaţie pentru a-i transmite o scrisoare. Himmler a răspuns cu o investigaţie amănunţită care a durat opt luni şi i-a provocat lui Heisenberg coşmaruri ani după aceea, dar în cele din urmă Himmler a declarat: "Cred că Heisenberg este decent şi nu ne putem permite să-l pierdem sau să-l reducem la tăcere pe omul acesta, care este relativ tânăr şi poate să educe o nouă generaţie. În schimb, Heisenberg a fost de acord să-i dezavueze pe creatorii evrei ai fizicii evreieşti şi să evite a le mai rosti numele în public.

Dintre ceilalţi pionieri de seamă ai fizicii cuantice, Rutherford era pe atunci la Cambridge. Acolo, a contribuit la fondarea unei organizaţii pentru ajutorarea refugiaţilor academici, al cărei preşedinte a fost. El a murit în 1937, la vârsta de şaizeci şi patru de ani, ca urmare a amânării unei operaţii de hernie. Dirac, care devenise Profesor Lucasian de matematică la Cambridge (post deţinut odinioară de Newton şi Babbage, iar mai târziu de Hawking), a lucrat un timp la probleme relevante pentru proiectul britanic al bombei atomice, după care a fost invitat să se alăture Proiectului Manhattan, dar a refuzat din motive etice. El şi-a petrecut ultimii ani la Florida State University, în Tallahassee, unde a murit în 1984, la optzeci şi doi de ani. Pauli, pe atunci profesor la Zürich, a condus, la fel ca Rutherford, un proiect internaţional pentru refugiaţi, dar la izbucnirea războiului i s-a refuzat cetăţenia elveţiană, aşa că a emigrat în Statele Unite, unde se afla când i s-a decernat Premiul Nobel, la scurt timp după terminarea războiului. În ultimii ani ai vieţii, a devenit tot mai interesat de mistică şi psihologie, mai ales de vise, şi s-a numărat printre membrii fondatori ai Institutului C.G. Jung din Zürich. El a murit de cancer pancreatic la un spital din Zürich, în 1958, la cincizeci şi opt de ani.

La fel ca Pauli, Schrödinger a fost austriac, dar locuia la Berlin când a venit Hitler la putere. În privinţa lui Hitler, Schrödinger s-a dovedit a fi antiteza lui Heisenberg: a fost un anti-nazist declarat şi curând a părăsit Germania pentru a lua în primire un post la Oxford. La scurt timp după aceea, a primit Premiul Nobel împreună cu Dirac. Heisenberg, care încerca să menţină unitatea fizicii germane, a fost iritat de plecarea lui Schrödinger, "fiindcă nu era nici evreu, nici altminteri ameninţat". Schrödinger nu va rămâne însă mult timp la Oxford. Problema lui era că trăia atât cu soţia, cât şi cu amanta, pe care o considera mai mult ca pe o a doua soţie. După cum a scris biograful său, Walter Moore, la Oxford "soţiile erau privite ca nişte anexe feminine regretabile... Era deplorabil să ai o soţie la Oxford - să ai două era de neînchipuit".

Schrödinger se va stabili până la urmă la Dublin. El a murit de tuberculoză în 1961, la şaptezeci şi trei de ani. Contractase boala în 1918, în timp ce lupta în Primul Război Mondial, şi problemele respiratorii de care a suferit tot restul vieţii au fost motivul şederii sale în staţiunea alpină Arosa, unde a elaborat versiunea sa a teoriei cuantice.

Einstein şi Born locuiau în Germania când a venit Hitler la putere, şi a emigra din timp era o chestiune de supravieţuire, dată fiind originea lor evreiască. Einstein era pe atunci profesor la Berlin şi întâmplarea a făcut ca în ziua numirii lui Hitler, el să se afle în vizită la Caltech, în Statele Unite. El a decis să nu se mai întoarcă în Germania, unde nu a mai pus niciodată piciorul. Naziştii i-au confiscat proprietatea personală, i-au ars lucrările despre teoria relativităţii şi au pus o recompensă de cinci mii de dolari pe capul său. Dar el nu fusese luat prin surprindere: înainte de a pleca în California, îi spusese soţiei să se uite bine la casa lor. "Nu o vei mai vedea niciodată", i-a spus el. Ea crezut că vorbeşte prostii.

Einstein a devenit cetăţean american în 1940, dar şi-a păstrat şi cetăţenia elveţiană. El a murit în 1955 şi a fost dus la un crematoriu, unde se adunaseră în tăcere doisprezece prieteni apropiaţi. După o scurtă ceremonie de comemorare, trupul a fost incinerat şi cenuşa împrăştiată într-un loc neprecizat, dar un patolog de la Spitalul Princeton i-a păstrat creierul, care a fost studiat intens în deceniile care au urmat. Ce a mai rămas din el se păstrează U.S. Army's National Museum of Health and Medicine, în Silver Spring, statul Maryland.

Born, împiedicat să mai predea şi îngrijorat de hărţuielile la care îi erau supuşi copiii, a părăsit şi el curând Germania. Heisenberg a depus mari eforturi ca Born să fie o excepţie de la interdicţia lucrărilor non-ariene, dar cu ajutorul organizaţiei pentru refugiaţi conduse de Pauli, în iulie 1933 a preluat un post la Cambridge, iar mai târziu s-a stabilit la Edinburgh. El a fost omis când lui Heisenberg i s-a decernat Premiul Nobel, în 1932, pentru o lucrare pe care o făcuseră împreună, dar premiul i-a fost acordat în 1954. Born a murit în 1970. Pe mormântul său este inscripţionată drept epitaf relaţia pq - qp = h / 2π, una din cele mai faimoase ecuaţii ale teoriei cuantice, un enunţ matematic care va deveni baza principiului incertitudinii al lui Heisenberg - şi care a fost descoperit independent de el şi de Dirac.

Bohr, care locuia în Danemarca, unde conducea ceea ce acum se numeşte Institutul Niels Bohr, a fost o vreme ceva mai ferit de acţiunile lui Hitler şi i-a ajutat pe oamenii de ştiinţă evrei refugiaţi să-şi găsească posturi în Statele Unite, Marea Britanie şi Suedia. Dar în 1940 Hitler a invadat Danemarca, iar în toamna anului 1943, ambasadorul suedez la Copenhaga l-a avertizat pe Bohr că-l ameninţă arestarea iminentă, ca parte a planului nazist de deportare a tuturor evreilor din Danemarca. Arestarea lui fusese prevăzută cu o lună înainte, dar naziştii au considerat că va face mai puţină vâlvă dacă vor aştepta până la apogeul arestărilor în masă. Amânarea aceasta l-a salvat pe Bohr, care s-a refugiat împreună cu soţia în Suedia. A doua zi, Bohr s-a întâlnit cu regele Gustav al V-lea şi l-a convins să ofere în mod public azil refugiaţilor evrei.

Însă Born era în pericol să fie răpit. Suedia era înţesată de agenţi germani şi, deşi el era adăpostit într-o locaţie secretă, ei ştiau că se află la Stockholm. Curând, Winston Churchill l-a anunţat pe Bohr că britanicii îl vor evacua, şi el a fost împachetat într-o saltea, în compartimentul bombelor dintr-un Havilland Mosquito, un bombardier rapid, neînarmat, capabil să evite aviaţia germană. Pe drum, Bohr a leşinat din lipsă de oxigen, dar a ajuns viu la destinaţie, purtând aceleaşi haine cu care părăsise Danemarca. Familia l-a urmat. Din Anglia, Bohr a plecat în Statele Unite, unde a devenit consilier al Proiectului Manhattan. După război, s-a întors la Copenhaga, unde a murit în 1962, în vârstă de şaptezeci şi şapte de ani.

Dintre marii teoreticieni ai fizicii cuantice, numai Planck, Heisenberg şi Jordan au rămas în Germania. Jordan, asemenea marelui experimentator Geiger, a fost un nazist entuziast. El a devenit unul dintre cei trei milioane de membri ai trupelor de asalt germane şi a purtat cu mândrie uniforma maronie, cizmele cu carâmb înalt şi banderola cu zvastică în jurul braţului. El a încercat să trezească interesul naziştilor pentru diverse scheme de arme avansate, dar, ironic, din cauza implicării sale în "fizica evreiască" a fost ignorat. După război, a intrat în politică şi a obţinut un loc în Bundestag, parlamentul german. A murit în 1980, la şaptezeci şi şapte de ani, singurul dintre pionierii fizicii cuantice care nu a primit Premiul Nobel.

Planck nu simpatiza naziştii, dar nici nu le-a opus rezistenţă, nici măcar tacit. În schimb, la fel ca Heisenberg, prioritatea lui pare să fi fost, pe cât posibil, salvgardarea ştiinţei germane, supunându-se tuturor legilor şi regulamentelor naziste. În mai 1933, el s-a întâlnit cu Hitler într-o încercare menită să-l convingă să renunţe la politica de eliminare a evreilor din mediile academice germane, dar bineînţeles că întâlnirea aceasta nu a schimbat nimic. Câţiva ani mai târziu, fiul cel mai mic al lui Planck, de care era foarte legat, a încercat de o manieră mai îndrăzneaţă să schimbe partidul nazist - a participat la complotul pentru asasinarea lui Hitler, din 20 iulie 1944. Arestat împreună cu ceilalţi, a fost torturat şi executat de Gestapo. Pentru Planck, a fost apogeul tragic al unei vieţi plină de tragedii. Dintre cei cinci copii ai săi, alţi trei muriseră de tineri - fiul cel mai mare a fost ucis în Primul Război Mondial, iar două fiice au murit la naştere. Se spune că execuţia fiului său a stins definitiv dorinţa de viaţă a lui Planck, care a murit doi ani mai târziu, în vârstă de optzeci şi nouă de ani.

În pofida entuziasmului său iniţial, lui Heisenberg i s-a făcut lehamite de nazişti. Dar cum deţinea poziţii ştiinţifice înalte pretutindeni în cel de-al Treilea Reich, el şi-a îndeplinit obligaţiile fără să se plângă. Când evreii au fost epuraţi din universităţi, a făcut tot ce a putut ca să menţină fizica germană, atrăgând cei mai buni înlocuitori cu putinţă. Heisenberg nu a intrat niciodată în partidul nazist, dar a rămas la post şi nu a rupt relaţiile cu regimul.

Când proiectul bombei atomice germane a fost iniţiat, în 1939, Heisenberg i s-a alăturat şi s-a pus pe treabă cu o enormă energie. El a finalizat curând calculele care demonstrau posibilitatea unei reacţii în lanţ de fisiune nucleară şi că uraniul 235 - un izotop rar - în stare pură ar fi un exploziv bun. Este una dintre numeroasele ironii ale istoriei că succesele Germaniei repurtate la începutul războiului au contribuit în final la înfrângerea ei: regimul nu a investit multe resurse în proiectul bombei atomice, dat fiind că războiul mergea atât de bine, iar când lucrurile s-au schimbat, a fost prea târziu - naziştii au fost înfrânţi înainte să o poată construi.

După război, Heisenberg a fost reţinut scurt timp de Aliaţi, împreună cu alţi nouă savanţi germani de frunte. După eliberare, a început să lucreze din nou la probleme teoretice fundamentale ale fizicii, s-a implicat în reconstruirea ştiinţei germane şi a încercat să-şi refacă reputaţia printre oamenii de ştiinţă din afara ţării sale de baştină. Heisenberg a murit la locuinţa lui din München, la 1 februarie 1976, fără să-şi fi recăpătat reputaţia de care se bucurase cândva.

Reacţiile amestecate ale comunităţii fizicienilor faţă de Heisenberg în perioada postbelică se reflectă, poate, şi în atitudinea mea. În 1973, student fiind, aş fi avut şansa să asist la o prelegere pe care a ţinut-o la Harvard despre dezvoltarea teoriei cuantice, dar nu m-am putut decide să merg. În schimb, peste câţiva ani, când aveam o bursă Alexander von Humboldt la institutul al cărei director fusese, am stat adesea în faţa biroului pe care-l ocupase şi am reflectat la spiritul care contribuise la inventarea mecanicii cuantice.

***

Deşi teoria cuantică dezvoltată de marii ei pionieri nu modifică descrierea fizică a lumii macroscopice, ea a revoluţionat modul în care trăim, producând în societatea umană o schimbare la fel de mare ca cea adusă de Revoluţia Industrială. Legile teoriei cuantice stau la baza tuturor tehnologiilor informatice şi de comunicaţii care au remodelat societatea modernă: calculatorul, internetul, sateliţii, telefoanele celulare şi toate dispozitivele electronice. Dar la fel de important ca aplicaţiile ei practice este ceea ce ne spune teoria cuantică despre natură şi despre ştiinţă.

Triumfalismul viziunii newtoniene despre lume promisese că, făcând calculele matematice adecvate, omenirea va putea să prevadă şi să explice toate fenomenele naturale, ceea ce i-a inspirat pe oamenii de ştiinţă din toate domeniile să încerce să-şi "newtonizeze" subiectele. Creatorii fizicii cuantice din prima jumătate a secolului al XX-lea au nimicit acele aspiraţii şi au descoperit un adevăr care conferă putere, dar care în acelaşi timp îndeamnă la o profundă umilinţă. Conferă putere fiindcă teoria cuantică demonstrează că putem înţelege şi manipula o lume nevăzută, aflată dincolo de experienţa noastră. Şi îndeamnă la umilinţă fiindcă de milenii progresele filosofilor şi ale oamenilor de ştiinţă au sugerat că dispunem de o capacitate de înţelegere infinită, dar acum natura, vorbind prin intermediul marilor descoperiri ale fizicii cuantice, ne spune că există limite în ceea ce putem cunoaşte şi în ceea ce putem controla. Mai mult decât atât, teoria cuantică ne aduce aminte de posibilitatea existenţei unor lumi nevăzute, ne aminteşte că universul este locul unor mistere extraordinare şi că dincolo de orizont ne aşteaptă, poate, alte fenomene inexplicabile, cerând noi revoluţii în gândire şi în teorie.

În aceste pagini am făcut o călătorie de-a lungul a milioane de ani, începând cu primele specii umane, care se deosebeau foarte mult de noi atât fizic, cât şi mental. În călătoria aceasta de patru milioane şi jumătate de ani, doar în ultima clipită am intrat în era prezentă, în care am învăţat că natura este guvernată de legi, dar că legile acestea conţin mai mult decât ne arată experienţa noastră cotidiană, şi că, aşa cum îi spune Hamlet lui Horatio, sunt mai multe lucruri în cer şi pe pământ decât visează filosofia noastră.

Cunoaşterea noastră va continua să se extindă în viitorul previzibil şi, dată fiind creşterea exponenţială a numărului celor care se ocupă de ştiinţă, pare rezonabil să credem că următoarea sută de ani va aduce progrese la fel de mari ca ultimii o mie. Dar dacă citeşti cartea aceasta, ştii fără îndoială că interesul oamenilor faţă de mediul înconjurător merge dincolo de aspectele tehnice - noi, oamenii, vedem frumuseţe în natură şi căutăm înţelesuri. Nu vrem să ştim numai cum funcţionează universul, vrem să înţelegem şi care este locul nostru în el. Vrem să oferim un context vieţii noastre şi existenţei noastre finite şi să ne simţim conectaţi cu alţi oameni, cu bucuriile şi tristeţile lor, şi cu cosmosul în care acele bucurii şi tristeţi joacă doar un rol neînsemnat.

A înţelege şi a ne accepta locul în univers poate fi dificil, dar a constituit de la bun început unul dintre scopurile celor care studiază natura - de la vechii greci, care au considerat ştiinţa o ramură a filosofiei, alături de metafizică, etică şi estetică, până la pionieri precum Boyle şi Newton, care au abordat studiul naturii ca pe o metodă de a înţelege natura lui Dumnezeu. Pentru mine, conexiunea dintre înţelegerea lumii fizice şi lumea umană s-a revelat în modul cel mai frapant într-o zi, când eram la Vancouver, pe platoul unde se turna serialul de televiziune MacGyver. Scrisesem episodul care se filma şi îi instruiam pe decoratori şi designeri despre cum trebuie să arate un laborator de fizica temperaturilor joase. Brusc, în mijlocul acelor discuţii tehnice mundane, m-am confruntat pentru prima oară cu faptul că noi, oamenii, nu suntem mai presus de natură, ci venim şi plecăm asemenea florilor sau a cintezoilor lui Darwin.

Totul a început când un apel telefonic a fost direcţionat de la biroul producătorului spre platoul unde mă aflam. În acele vremuri, înainte ca orice copil de doisprezece ani să aibă celular, a primi un telefon pe platoul de filmare era ceva neobişnuit, şi de obicei mesajele telefonice îmi parveneau după câteva ore, mâzgălite pe bucăţi neregulate de hârtie. Mesaje precum: Leonard: _ilizibil_ vrea ca tu _ilizibil_. Zice că este urgent! Sună-l la _ilizibil_. De data aceasta a fost diferit. De data aceasta un asistent de producţie mi-a adus un telefon.

La celălalt capăt al firului era un medic de la spitalul Universităţii din Chicago. El m-a informat că tatăl meu suferise un atac cerebral şi era în comă - un rezultat întârziat al intervenţiei chirurgicale pe care o avusese cu câteva luni în urmă, pentru a-i repara aorta. Seara am fost la spital, privindu-l pe tatăl meu, care stătea întins pe spate, cu ochii închişi şi părând liniştit. M-am aşezat lângă el şi i-am trecut mâna prin păr. Trupul lui era cald şi dădea senzaţia de viaţă, ca şi cum ar fi fost doar adormit şi s-ar fi putut trezi în orice moment, zâmbind la vederea mea, întinzând mâna să mă atingă şi întrebându-mă dacă nu vreau nişte hering marinat cu pâine de secară la micul dejun.

I-am vorbit tatălui meu. I-am spus că-l iubesc - la fel cum, mulţi ani mai târziu, aş fi vrut să le spun acelaşi lucru copiilor mei când dormeau. Dar medicul a insistat că tatăl meu nu doarme şi că nu-mi poate auzi vocea. Encefalograma lui arăta că era practic mort. Corpul lui cald era asemenea laboratorului de fizică din MacGyver - o faţadă în stare bună la exterior, dar o simplă carcasă, incapabilă să îndeplinească vreun rol semnificativ. Medicul mi-a spus că presiunea sanguină a tatălui meu va scădea treptat şi respiraţia lui va încetini, până când va muri.

În clipa aceea am urât ştiinţa şi aş fi vrut să greşească. Cine sunt medicii şi oamenii de ştiinţă, ca să-ţi spună soarta unei fiinţe omeneşti? Atunci aş fi dat orice, sau totul, ca să-l am din nou pe tatăl meu pentru o zi, o oră, sau chiar numai un minut, să-i spun că l-am iubit şi să-mi iau rămas-bun. Dar sfârşitul a survenit exact cum spusese medicul.

Era anul 1988 şi tatăl meu avea şaptezeci şi şase de ani. După moartea lui, familia noastră "a stat în şiva", adică am respectat perioada tradiţională de doliu de şapte zile, în care ne-am rugat de trei ori pe zi şi nu am plecat de acasă. Toată viaţa stătusem în camera de zi şi vorbisem cu el, dar acum stăteam acolo ştiind că el nu mai este decât o amintire şi că niciodată nu voi mai vorbi cu el. Mulţumită călătoriei intelectuale a umanităţii, ştiam că atomii lui continuă să existe şi că vor exista întotdeauna; dar mai ştiam şi că, deşi atomii lui nu au murit odată cu el, acum ei se vor risipi. Organizarea lor în fiinţa care fusese tatăl meu dispăruse şi nu va mai exista niciodată, decât ca o umbră în mintea mea şi în minţile celorlalţi care l-au iubit. Şi mai ştiam că peste câteva decenii acelaşi lucru se va întâmpla şi cu mine.

Spre surprinderea mea, mi-am dat seama că ceea ce învăţasem graţie străduinţelor mele omeneşti de a înţelege lumea fizică nu mă împietrise, ci doar îmi dăduse putere. M-a ajutat să-mi depăşesc durerea sufletească, să mă simt mai puţin singur, fiindcă făceam parte din ceva mai mare. Mi-a deschis ochii în faţa frumuseţii copleşitoare a existenţei, indiferent de numărul anilor care ne sunt hărăziţi. Chiar dacă nu a avut niciodată şansa să înveţe la liceu, tatăl meu a nutrit o mare apreciere şi curiozitate pentru natura lumii fizice. Într-una dintre conversaţiile noastre avute în camera de zi, în tinereţea mea, îi spusesem că voi scrie odată o carte despre acest subiect. În sfârşit, după decenii, aceasta este cartea.