Ilus odav matemaatika ja kole kallis eksperiment

Ilus odav matemaatika ja kole kallis eksperiment

18. märts 2010

Inglise füüsik Paul Dirac oli võimatu suhtleja. Temaga ei saanud peaaegu keegi jutule. Ometi oli ta nõnda suur geenius, et temaga hakkas arvestama kogu füüsikute maailm. 1920. aastatel õnnestus tal vaid matemaatilistest kaalutlustest lähtudes tuletada võrrand, mis kannab tema nime ja kirjeldab relativistlikku elektroni – Diracil õnnestus ühendada ühendamatu ehk Einsteini relatiivsusteooria ja kvantmehhaanika.

1931. aastal ennustas Paul Dirac puhtalt oma matemaatilistest valemitest, mille ta tuletas, et kvantmehhaanika oleks ilus, positiivse laenguga elektroni olemasolu. Tippteadlasedki teda ei uskunud. Kuni juba järgmisel aastal leidis ameerika füüsik Carl Anderson kosmiliste kiirte ja maise mateeria vastastikmõju uurides üles needsamad positiivsed elektronid, antielektronid ehk positronid, nagu neid praegu kutsutakse.

Dirac ennustas midagi enamat kui positroni – ta leidis üles antimaailma. Matemaatilistel valemitel peab olema sisemine ilu, oli Diraci moto. Kui matemaatika on ilus, aga ei ühti eksperimendiga, siis peab eelistama matemaatikat. Kõigepealt matemaatika, seejärel eksperiment. Matemaatik mängib mängu, kus ta leiutab reeglid, füüsik mängib mängu, mille reeglid annab Loodus. Jumal on geniaalne matemaatik.

Kui ei saa nõuga, siis võib ju minna ligi jõuga. Umbes nõnda suure hadronite põrgutiga LHC Genfi lähedal sügaval maa all teha tahetaksegi. On avaldatud kahtlust, et milleks ikka säherdune koletis vajalik on. Ilusti tegi seda esseist ja tõlkija Ilmar Vene 12. märtsi Rohelises Väravas (paberlehes): „Tõenäoliselt pole veel keegi tõstatanud küsimust, milleks oli vaja ehitada määratu kollaider? Nii on sellepärast, et küsimusele ei leidu kõiki rahuldavat vastust.” Ja ta vihjab inimese pürgimusele „kirglikult teada, mida Jumal maailma loomise ajal tundis.”

Nojah, aga tõelistele küsimustele ei leidugi kõiki rahuldavat vastust. Ja mõnele küsimusele ei leidu võibolla üldse vastust.

Geniaalsel Diracil ei õnnestunud ühendada ühte ilusasse teooriasse kolme maailmasammast – kvantmehhaanikat, relatiivsust ja kosmoloogiat. Ikka tuli ette mõni lõpmatus, mille küll nooremad kolleegid renormaliseerimise nipiga kõrvaldasid – aga see oli Diraci jaoks inetu. Einsteinilgi ei õnnestunud jagu saada oma kosmoloogilisest konstandist. Ka geeniustel on oma piirid.

Kuid need piirid on lihtsurelike silmapiiride taga. Kui Dirac avastas matemaatiliselt antimaailma paratamatuse, ei osanud keegi arvata, et seesama hoomamatu antimaailm hakkab ükskord inimest ravima. Ometi teeb ta seda praegu iga päev. Kui on vaja uurida, mis ajus toimub, siis tuleb appi seade nimega positronide emissiooni tomograafia (PET). Patsiendile antakse sisse neelata väike ohutu kogus radioaktiivset kemikaali, mis kiirgab positrone. See kemikaal liigub ajju, positronid ühinevad seal ringi hulkuvate elektronidega ja - hopsti! Antiaine ja aine annihileeruvad, kaovad ning selle tagajärjel vallandub kiirgus. Mis registreeritakse ning mis annab märku aju ühe või teise osa aktiivsusest. Kiirgus, mille Einstein tuletas oma massi ja energia ekvivalentsuse valemiga veel enne, kui Dirac oma aintiainega välja tuli.

Mida sellest järeldada? Aga seda, et kunagi ei tea, mis sellest kõigest välja tuleb. Võib juhtuda, et LHC avab meie teadmisele ukse, millest läbi läinuna ei kujuta me maailma enam sellisena, nagu see on täna, üldse ette. Nii nagu me ei kujuta ette elu Einsteini ja Diraci eelses maailmas.

Seni, kuni see juhtub, soovitan huvilistel lugeda imepärast raamatut Paul Diracist – Graham Farmelo „The Strangest Man”. Sealt saab teada sedagi, miks inglise intellektuaalid siiamaani ajaloole vaatavad teisiti, kui meile meeldiks.

Tiit Kändler, teadus.ee

printerisõbralik versioon esita küsimus