Četvrto poglavlje

NOVA FIZIKA

Prema istočnjačkim misticima,  neposredno  mističko iskustvo stvarnosti predstavlja prelomni događaj koji potresa same temelje našeg pogleda na svet. D. T. Suzuki ga je nazvao "najzapanjujućim događajem koji se ikada  može  desiti  na  području  ljudske  svesti...  remeteći svaki oblik ustaljenog  iskustva "1

i ilustrovao je potresa­jući  karakter  tog  iskustva  rečima jednog  zen  majstora koji ga je opisao kao "dno vedra koje se provali".

Fizičari su se početkom ovog veka osećali vrlo sli­čno tome kada je novo iskustvo atomske stvarnosti iz temelja protresalo njihov pogled na svet i to su iskustvo oni opisali izrazima koji su često bili veoma nalik onima koje je upotrebio Suzukijev zen majstor. Tako je Haj­zenberg pisao:

Žučna reagovanja na nedavni razvoj savremene fi­zike mogu se razumeti jedino kada shvatimo da su tu počeli da se pomeraju  temelji  fizike;  i da je  to pomeranje stvorilo osećaj da će nauka izgubiti tlo pod nogama 2 •

Ajnštajn je doživeo isti taj potres kada je prvi put stupio u dodir sa novom stvarnošću atomske fizike. U svojoj autobiografiji on je pisao:

Svi su moji pokušaji da prilagodim teorijsku osno­vu fizike ovoj (novoj) vrsti znanja potpuno propali. Bilo je to kao da mi je tlo izmaknuto ispod nogu, bez ika-

D.T. Suzuki, The Essence of Buddhism  (Hozokan, Kjoto, Japan,  1968), str. 7.

2 W.Heisenberg, Physics and Philosophy (Allen & Unwin,

London, 1963), str. 145.      

kvog  čvrstog temelja  na vidiku  nad kojim hih mogao graditi3

Otkrića savremene fizike zahtevala su duhoke promene u pojmovima kao što su prostor, vreme, materija, objekat, uzrok i posledica, itd., a kako su ti pojmovi u samoj osnovi našeg doživljavanja sveta onda nije ni čudno što su fizičari koji su bili prisiljeni da ih menjaju osećali nešto poput potresa. Iz tih promena proistekao je jedan novi i korenito drugačiji pogled na svet koji se još uvek oblikuje u procesu savremenog naučnog istraživa­nja.

Izgleda, prema tome, da su istočnjački mistici i zapadnjački fizičari prošli kroz slična revolucionarna is­kustva koja su ih dovela do potpuno novih načina sagledavanja sveta. U sledeća dva odlomka, evropski fizičar Nils Bor (Niels Bohr) i indijski mistik Sri Aurobindo izražavaju dubinu i koreniti karakter tog iskustva.

Veliko proširenje našeg iskustva u proteklim godi­nama iznelo je na svetlo nedovoljnost naših jedno­stavnih mehaničkih koncepcija i stoga je potreslo temelje na kojima se zasnivalo  uobičajeno  tumačenje posmatranja 4 .

Nils Bor

Sve stvari zapravo počinju da menjaju svoju prirodu i izgled; celo naše doživljavanje sveta radikalno je drugačije ... Tu je jedan novi široki i duhoki na-

3             U P.A.Schilpp (prir.), Albert Ei11stei11: Philosopher-Sciefl­ tist (The Library of  Living Philosophers,  Evanston,  Ilinois,  1949), str.  45.

4             N.Bohr,  Atomic  Physics  atul  the  Descriptio11  of  Nature

(Cambridge University Press, London, 1934), str. 2.

čin dozivljavanja, videnja., saznavanja, dodirivanja stvari5

Sri Aurobindo

Ovo poglavlje će poslužiti da ocrta jednu prelimi­narnu sliku ovog novog poimanja sveta nasuprot pozadi­ni klasične fizike; pokazujući kako je klasično mehani­cističko shvatanje moralo hiti napušteno početkom ovog veka kada su nas kvantna teorija i teorija relativiteta - dve osnovne teorije savremene fizike - naterale da pri­hvatamo jedan daleko tananiji, holističkijii "organičkiji" pogled na prirodu.

Klasična fizika

Pogled na svet kojeg su promenila otkrića savremene fizike zasnivao se na Njutnovom mehaničkom modelu univerzuma. Taj je model činio čvrsti okvir klasične fizike. Bio je to zaista krajnje impresivan temelj koji je, poput moćne stene, na sebi držao celokupnu nauku pružajući čvrstu osnovu filozofiji prirode gotovo tri veka.

Pozornica njutnovskog univerzuma, na kojoj su se odigravale sve fizičke pojave, bila je trodimenzionlni prostor klasične euklidovske geometrije. Bio je to jedan apsolutni prostor, uvek u stanju mirovanja i nepromen-

5 S.Aurobindo,  011 Yoga 11 (Aurobindo Ashram,  Ponditeri,

lndija, 1958), prvi tom, str. 327.

,. titalac kome se ovaj preliminarni prikaz savremene flzike tini previSe sabijenim i teskim za razumevanje ne treba previse da se bfine. Svi pojmovi koji se pominju u ovom poglavlju bice deta­ ljnije razmatrani kasnije.

ljiv. Po Njutnovim sopstvenim rečima,  "Apsolutni  prostor, u svojoj sopstvenoj prirodi, bez obzira na bilo šta spoljašnje, uvek ostaje sličan i nepokretan" 7 .

Sve promene u fizičkom svetu opisivane su u termi­nima jedne odvojene dimenzije, nazvane vreme, koje je takode bilo apsolutno, ne posedujući nikakve veze sa materijalnim svetom i protičući jednoliko iz prošlosti kroz sadašnjost u budućnost . "Apsolutno, istinito i matematičko vreme'', govorio je Njutn, ..samo od sebe i po sopstvenoj prirodi,  teče jednoobrazno,  ne obazirući se ni na šta spoljašnje" 8

Elementi njutnovskog sveta koji su se kretali u tom apsolutnom prostoru i apsolutnom vremenu bili su materijalne čestice. U matematičkim jednačinama one su tretirane kao "materijalne tačke" i Njutn ih je video kao male, čvrste i neuništive objekte od kojih je sačinjena sva materija. Taj model bio je sasvim sličan modelu grčkih atomista. Oba su se zasnivala na razlikovanju između punoće i praznine, izmedu materije i prostora, i u oba modela čestice su uvek ostajale istovetne po svojoj masi i obliku. Materija se prema tome, uvek očuvavala i bila je u suštini pasivna. Značajna razlika između demokritovskog i njutnovskog atomizma je u tome što ovaj drugi uključuje i precizni opis sile koja deluje između materijalnih čestica. Ta sila je vrlo jednostavna pošto zavisi jedino od masa čestica i njihovih međusobnih razdaljina. To je sila gravitacije, i za nju je Njutn smatrao da je kruto povezana sa telima na koje dejstvuje i da trenutno deluje na daljinu. Iako je to bila jedna čudna pretpostavka, ona nije dalje ispitivana. Za čestice i sile medu njima srnatralo se da ih je stvorio bog i da stoga

Citirano u M. Capek, The Phiwsophicallmpact of Con­ temporary Physics (D.Van Nostrand,  Prinston, Nju Dzerzi, 1961), str. 7.

8 Ibid., str. 36.

nisu podložne daljnjoj analizi. U svojoj Optici, Njutn nam daje jasnu sliku toga kako je on zamišljao božije stvaranje materijalnog sveta:

Izgleda mi verovatno da je bog na početku oblikovao materiju u čvrste, masivne, tvrde, pokretne čestice upravo onakvih veličina i onog broja i sa onakvim drugim svojstvima  i u  onakvoj srazmeri  sa prostorom,  kako je  najbolje  odgovaralo  svrsi  za koja ih je oblikovalo;  i da su te prvobitne čestice budući čvrsta tela, neuporedivo čvršća od bilo kojeg tela od njih sačinjenog; tak tako čvrsta da se ni­ kada ne mogu izlizati niti raspasti na komade; tako da nijedna obična sila nije u stanju da razdvoji ono što je sam bog učinio jednim u prvobitnom stvara­nju .

Svi fizički dogadaji su u njutnovskoj mehanici svedeni na kretanje materijalnih tačaka u prostoru koje je prouzrokovano njihovim međusobnim privlačenjem tj. silom gravitacije. Da bi efekat ove sile na materijalnu tačku pretočio u preciznu matematičku formu, Njutn je morao da izmisli potpuno nove pojmove i matematičke tehnike, naime tehniku diferencijalnog računa.  To je bilo jedno veličanstveno intelektualno postignuće za koje je Ajnštajn rekao da je "možda najveci napredak u mišljenju koji je ikada jedan pojedinac imao privilegiju da učini".

Njutnove jednačine kretanja predstavljaju osnovu klasične mehanike. Za njih se smatralo da su nepromenljivi zakoni kojima se kreću materijalne čestice i stoga se mislilo da oni mogu objasniti sve promene koje se opažaju u fizičkom svetu. Po njutnovskom  shvatanju, bog je na početku stvorio materijalne čestice, sile izme-

9 U M.P.Crosland (prir.), The Science of Matter (History of Science Readings, Penguin Books, Harmondsvord,  1971), str. 76.

đu njih i fundamentalne zakone kretanja. Na taj je način celokupni univerzum stavljen u pokret i od tada on, po­put neke velike mašine, funkcioniše upravljan neprome­njlivim zakonima.

Mehanističko shvatanje prirode je prema tome blisko povezano sa strogim determinizmom. Za divovsku kosmičku mašinu se mislilo da je potpuno kauzalna i determinisana. Sve što se događa imalo je tačno određeni uzrok i proizvodi tačno odredenu posledicu, i budućnost bilo kog dela sistema može se - u principu - predvideti s apsolutnom izvesnošću ukoliko je u bilo kom trenutku njegovo stanje poznato u svim pojedinostima. To je verovanje svoj najjasniji izraz našlo u slavnim rečima francuskog matematičara Pjer Simon Laplasa (Pierre Si­ mon Laplace):

Intelekt koji bi u datom trenutku  znao sve sile koje deluju u prirodi i položaj svih stvari od kojih se svet sastoji - pretpostavljajući  da je rečeni intelekt dovoljno velik da te podatke podvrgne analizi - taj bi dakle  intelekt  mogao jednom   istom  formulom  obuhvatiti kretanja  najvećih tela u univerzumu  i kretanja najmanjih  atoma; za njega ništa ne bi bilo neizvesno  i  cela  bi  se budućnost  kao  i  prošlost  ras­prostrla pred njegovim pog1edom 10• 

Filozofsku osnovu ovog strogog determinizma čini­lo je ono temeljno razdvajanje ja od sveta koje je uveo Dekart. Kao posledica ovog razdvajanja, verovalo se da se svet može opisati objektivno, tj. bez da se ikada po­mene ljudski posmatrač i takvo je objektivno opisivanje prirode postalo ideal celokupne nauke.

Osamnaesti i devetnaesti vek bili su svedoci ogro­mnog uspeha njutnovske mehanike. Sam Njutn je pri­menio svoju teoriju na kretanje planeta  i bio je u stanju

1° Citirano u M. Capek, nav. delo, str. 122.

da objasni osnovna svojstva sunčevog sistema. Njegov planetarni model bio je, međutim, vrlo pojednostavljen jer je zanemarivao, na primer, gravitacioni uticaj planeta jednih na druge, te je on stoga našao da postoje neke nepravilnosti koje nije mogao da objasni. On je taj problem razrešio time što je  pretpostavio da je  bog uvek prisutan u univerzumu kako bi ispravio te nepravilnosti.

Laplas, veliki matematičar, zadao je sebi ambiciozni zadatak da usavrši Njutnove proračune u jednoj knjizi koja bi "'pružila potpuno rešenje velikog mehaničkog problema koji je postavljao sunčev sistem i koja bi dovela do tako bliskog poklapanja teorije i posmatranja da empirijskim jednačinama  više ne bi bilo mesta u astro­nomskim tablicama "11•  

Rezultat toga bilo je  veliko delo u pet tomova, nazvano Nebeska mehanika (Mecanique Celeste) u  kojoj je  Laplas  uspeo da  objasni  kretanja  pla­neta,  meseca  i kometa  sve do najmanjih  detalja,  kao  i plimu  i oseku i ostale pojave  vezane za gravitaciju.  On je pokazao da njutnovski zakoni kretanja osiguravaju stabilnost sunčevog sistema i da se prema univerzumu odnose kao prema savršeno samo-regulišućoj mašini. Kada je Laplas prvo izdanje svog dela poklanjao Napoleonu - kaže priča - Napoleon je primetio, "Gospodine Laplas, kažu mi da ste vi napisali ovu veliku knjigu o si­stemu univerzuma, a da nigde čak ni pomenuli niste njegovog Tvorca". Na to je Laplas bez ustručvanja odgovorio, "Nisam imao potrebe za tom pretpostavkom".

Ohrabreni brilijantnim uspehom njutnovske meha­nike u astronomiji, fizičari su je proširili na jednoliko kretanje fluida i na vibracije elastičnih tela, i ona je i tu funkcionisala. Najzad se čak i teorija toplote mogla svesti na mehaniku, kada je shvaćeno da toplota predstavlja energiju koju proizvodi složeno "poskakujuće" kretanje

11 Citirano u J. Jeans, The Growth of Physical Scie11ce (Cam­ bridge  University  Press,  London,  1951), str. 237.

molekula. Kada se  poveća temperatura recimo, vode, povećava se kretanje vodenih molekula sve dok oni ne savladaju sile koje ih drže na okupu i ne razlete se. Na taj se način voda  pretvara  u paru.  S druge strane,  kada se termičko kretanje uspori hlađenjem vode, molekuli se na kraju sprežu u jedan novi viši obrazac koji predstavlja led. Na sličan se način i mnoge druge termičke pojave mogu  sasvim dobro razumeti sa isto mehanističke tačke gledišta.

voda      para       led

Ogromni uspeh mehanističkog  modela  naveo je  fizičare ranog devetnaestog veka da veruju kako je uni­verzum zaista jedan veliki mehanički sistem koji funkci­oniše u skladu sa njutnovskim zakonima kretanja. Ti su zakoni smatrani osnovnim zakonima prirode i za Njutnovu se mehaniku držalo da je konačna teorija prirodnih pojava. A ipak,  trebalo je da prođe manje od sto godina pa da se pronađe nova fizička stvarnost koja je učinila očiglednim ograničenja njutnovskog modela i pokazala da ni jedno od njenih svojstava ne poseduje ap­solutno  važenje.

Ta spoznaja nije došla naglo, već su je postepeno uveli događaji koji su počeli da se odigravaju već u devetnaestom veku pripremajući teren za naučne revoluci­je našeg doba. Prvi od tih događaja bio je otkriće i ispitivanje električnih i magnetnih pojava koje se nisu mogle na odgovarajući način opisati mehanističkim modelom i koje su ohuhvatale jednu novu vrstu sile. Taj značajan korak učinili su Majkl Faradej (Michael Parady) i Klark Maksvel (Clerk Maxwell) - od kojih je ovaj prvi hio jedan od najvećih eksperimentatora u istoriji nauke, a drugi brilijantni teoretičar. Kada je Faradej proizveo strujni tok u namotajima bakarne žice pokrećući magnet pokraj njih i na taj način pretvorio mehanički rad kretanja magneta u električnu energiju, on je nauku i tehnologiju doveo do prekretnice. Njegov fundamentalni eksperiment proizveo je, s jedne strane, nepreglednu tehnolo­giju električnih uredaja; s druge strane, on je činio osnovu za njegove i Maksvelove teorijske spekulacije iz kojih je, na kraju, proistekla kompletna teorija elektromagnetizma. Faradej i Maksvel nisu samo proučavali efekte električnih i magnetnih sila, već su same te sile učinili primarnim predmetom svojih ispitivanja. Oni su pojam sile zamenili pojmom polja sila i na taj su način bili prvi koji su zakoračili izvan njutnovske fizike.

Umesto da interakciju između pozitivnog i negati­vnog naelektrisanja tumače tako što će jednostavno  reći da se ta dva naelektrisanja međusobno privlače  kao dve mase u njutnovskoj mehanici, Faradej  i Maksvel  su  našli da je primerenije reći kako svako naelektrisanje stvara jedan,.poremećaj" iii jedno "stanje" u prostoru  oko sebe tako da drugo naelektrisanje,  kada je  prisutno,  ose­ća silu. To stanje u prostoru  koje poseduje potencijal da stvori silu naziva se polje.  Njega  proizvodi jedno  na­elektrisanje i ono postoji bez obzira da li neko drugo naelektrisanje dospeva u njegovu blizinu kako bi osetilo njegov učinak.

Bila je to najdublja promena u našem poimanju fizičke stvarnosti. Prema njutnosvkom shvatanju, sile su bile kruto povezane sa telima na koja su dejstvovale. Sada je pojam sile zamenjen mnogo prefinjenijim poj­mom polja koje poseduje svoju sopstvenu stvarnost i koje se može izučavati bez ikakvog oslanjanja na materijalna tela. Vrhunski produkt ove teorije, nazvan elektro­ dinamika, predstavljao je spoznaju da svetlost nije ništa drugo do naizmenično promenljivo elektromagnetno polje koje putuje kroz prostor u obliku talasa. Danas znamo da radio talasi, svetlosni talasi iii rendgenski zraci predstavljaju elektromagnetne talase, oscilujuća elektri­čna i magnetana polja koja se razlikuju samo po učesta­losti svojih oscilacija, i da je vidljivo svetlo samo jedan sićušan delić elektromagnetnog spektra.

Uprkos ovih dalekosežnih promena, njutnovska mehanika je ispočetka držala svoj položaj osnove cele fi­zike. I sam je Maksvel pokušavao  da svoje rezultate objasni mehaničkim terminima, tumačeći polja kao stanja mehaničkog napona u jednom vrlo laganom medijumu koji ispunjava prostor, a koji je nazvan etrom, a elektromagnetne talase kao elastične talase tog etra. To je bilo sasvim prirodno, jer su talasi obično doživljava­ni kao vibracije nečega; vodeni talasi kao vibracije vode, zvučni talasi kao vibracije vazduha. Maksvel je, međutim, istovremeno koristio nekoliko mehaničkih tumačenja svoje teorije i po svemu sudeći ni jedno od njih nije shvatao sasvim ozbiljno. Mora da je intuitivno shvatio, čak i ako to nije eksplicitno izrazio, da su osnovni entiteti u njegovoj teoriji polja, a ne mehanički modeli. Ajnštajn je bio taj koji je pedeset godina kasnije jasno shvatito tu činjenicu kada je utvrdio da ne postoji nikakav etar i da elektromagnetna polja predstavljaju fi­zičke entitete po sebi koji mogu putovati kroz prazan prostor koji se ne mogu objasniti mehanički.

Dakle, na početku dvadesetog veka fizičari su imali dve uspešne teorije koje su se odnosile na različite poj­move: Njutnovu mehaniku i Maksvelovu elektrodinamiku. Tako je njutnovski model prestao da bude osnova za celokupnu fiziku.

Savremena  fizika

Prve tri decenije nageg veka iz korena su promenile celokupnu situaciju u fizici. Dva odvojena događaja - razvoj teorije relativiteta i atomske fizike- razbila su sve osnovne pojmove njutnovskog pogleda na svet: pojam apsolutnog prostora i vremena, elementarne čvrste česti­ce, strogo kauzalnu prirodu fizičkih pojava, i ideal objektivnog opisivanja prirode. Nijedan od tih pojmova nije se mogao proširiti na nova područja u koja je fizika sada počela da zalazi.

Na početku savremene fizike stoji izuzetni intelektualni podvig jednog čoveka: Alberta Ajnštajna. U dva članka, oba objavljena 1905. godine, Ajnštajn je uveo dva revolucionarna trenda u mišljenju. Jedan je bio nje­gova specijalna teorija relativiteta, a drugi je bio jedan novi način sagledavanja elektromagnetnog zračenja koji će postati karakterističan za kvantnu teoriju, teoriju atomskih pojava. Kompletnu kvantnu teoriju razradio je dvadeset godina docnije čitav jedan tim fizičara.Teoriju relativiteta je, medutim, u njenom potpunom obliku go­tovo u celosti konstruisao sam Ajnštajn. Njegovi naučni radovi stoje na početku dvadesetog veka kao impozantni intelektualni spomenici- piramide moderne civilizacije.

Ajnštajn je snažno verovao u suštinsku harmoniju prirode i ono što ga je najdublje zaokupljalo kroz ceo njegov naučnički život bilo je da pronađe jedinstvene temelje fizike. Tom cilju je počeo da se približava konstruišući jedan zajednički okvir za elektrodinamiku i mehaniku,  dve  odvojene  teorije  klasicčne  fizike.  Taj okvir je poznat kao specijalna teorija relativiteta. Ona je ujedinila i upotpunila strukturu klasične fizike, ali je istovremeno uvela drastične promene u tradicionalne pojmove prostora i vremena, i potkopala jedan od temelja njutnovskog pogleda na svet.

Prema teoriji relativiteta, prostor nije trodimenzi­onalan, a vreme nije neki nezavisni entitet. Oboje su blisko povezani i sačinjavaju jedan četvorodimenzional­ni kontinuum, ,prostor - vreme. U teoriji relativiteta, prema tome, nikada ne možemo govoriti o prostoru, a da ne govorimo o vremenu i obrnuto. Štaviše, ne postoji univerzalno proticanje vremena kao u njutnovskom modelu. Različiti posmatrači poredaće događaje različito u vremenu ukoliko se kreću različitim brzinama u odnosu na posmatrane događaje. U takvom jednom slučaju, dva događaja koja jedan posmatrač vidi kao istovremene za druge posmatrače se mogu odigravati po razlčtitim vre­menskim redosledima. Sva merenja koja se tiču prostora i vremena na taj način gube svoj apsolutni značaj. U teoriji relativiteta se, njutnovski pojam apsolutnog prosto­ra kao pozornice za fizičke pojave napušta kao i pojam apsolutnog vremena. I prostor i verme postaju tek elementi jezika kojeg neki odredeni posmatrač upotrebljava da bi opisao posmatrane pojave.

Pojmovi prostora i vremena su u tolikoj meri suštinski za  opisivanje prirodnih  pojava da njihova promena za sobom povlači i promenu čitavog okvira koji koristimo da bismo opisali prirodu.  Najznačajnija  posledica te promene jeste spoznaja da masa nije ništa drugo do jedan oblik energije. Čak i objekat koji miruje poseduje energiju  uskladištenu  u sopstvenoj  masi, a odnos izme­du toga dvoga dat je slavnom jednačinom E=mc2, gde c predstavlja brzinu svetlosti.

Ta konstanta c, brzina svetlosti, od suštinskog je značaja za teoriju relativiteta. Kad god opisujemo fizičke  pojave  koje  uključuju  brzine  koje  se približavaju brzini svetlosti, nas opis mora uzeti u obzir teoriju relativiteta. To se pogotovo odnosi na elektromagnetne pojave, od kojih je svetlost tek jedan primer, što je dovelo Ajnštajna do formulacije njegove teorije.

Ajnštajn je 1915., izložio svoju opštu teoriju relativiteta u kojoj je okvir specijalne teorije proširen kako bi obuhvatio gravitaciju, tj. međusobno privlačenje svih masivnih tela. Dok je specijalna teorija potvrđena ne­ brojenim eksperimentima, opšta teorija još uvek nije konačno potvrđena. Međutim, to je do sada najprihvaćeni­ja, najdosledinija i najelegantija teorija gravitacije i široko se koristi u astrofizici i osmologiji za opisivanje univerzuma najširih dimenzija.

Sila gravitacije, prema  Ajnštajnovoj  teoriji,  ima učinak "zakrivljavanja" prostora i vremena. To znači da u takvom jednom zakrivljenom prostoru euklidovska geometrija više ne važi, baš kao što se ni dvodimenzional­na geometrija površine može primeniti na površinu sfe­re. Na površi možemo nacrtati, na primer, jedan kvadrat tako što ćemo na pravoj liniji obeležiti jedan metar, napraviti prav ugao i obeležiti ponovo jedan metar, zatim napraviti još jedan prav ugao i obeležiti još jedan metar, i najzad napraviti i treći prav ugao i opet obeležiti jedan metar, nakon čega se ponovo nalazimo na pocetnom položaju i kvadrat je završen. Na sferi, medutim, ovaj postupak ne funkcioniše, jer pravila euklidovske geometri­je ne važe na zakrivljenim površinama. Na isti način, trodimenzionalni zakrivljeni prostor možemo definisati kao onaj u kome euklidovska geometrija više ne važi. Ajnštajnova teorija sada kaže da je trodimenzionalni prostor zaista zakrivljen i da tu zakrivljenost stvaraju gravitaciona polja masivnih tela. Gde god postoji neki masivni objekt, na primer neka zvezda ili planeta, prostor oko nje je zakrivljen, a stepen zakrivljenosti zavisi od mase tog objekta. A kako se u teoriji relativiteta prostor nikada  ne može razdvojiti od vremena, onda je  i vreme pod uticajem prisustva materije, protičući razliti­čtim tempom u različitim delovima univerzuma. Ajnštaj­nova opšta teorija relativiteta na taj način potpuno ukida pojmove apsolutnog prostora i vremena. Nisu samo sva merenja koja se tiču prostora i vremena relativna: celokupna struktura prostor-vremena zavisi od rasporeda materije u univerzumu i pojam "praznog prostora" gubi svoj smisao.  

ucrtavanje kvadrata na ravnoj površini i na sferi Mehanistički pogled  na svet klasične fizike zasnivao se na shvatanju o vrsti i telima koja se kreću u pra­znom prostoru. To shvatanje i dalje važi u oblasti koja je nazvana  "zonom srednjih dimenzija", naime, u oblasti našeg  svakodnevnog  iskustva  u  kojem  klasična  fizika  i dalje predstavlja korisnu teoriju. Oba ova pojma  - pojam praznog  prostora  i pojam   čvrstih  materijalnih  tela  - duboko su urezani u naše navike mišljenja, tako da nam je izuzetno teško da zamislimo neku fizičku stvarnost u kojoj  oni ne važe. Pa ipak, upravo je to ono što nas savre­mena  fizika  prisiljava  da  učinimo  kada  iskoračimo  iz srednjih dimenzija.   "Prazan  prostor"   je   izgubio   svoj smisao u astrofizici i kosmologiji, naukama koje se bave univerzumom najširih dimenzija, dok je atomska fizika, nauka o beskrajno malom, razbila pojam čvrstog objekta.

Početkom veka otkriveno je nekoliko pojava pove­zanih sa strukturom atoma, a neobjašnjivih u terminima klasične fizike.Prvi nagoveštaj da atomi imaju neku strukturu došao je od otkrića X-zračenja; jednog novog zračenja koje je vrlo brzo našlo svoju sada već dobro poznatu primenu u medicini. X-zraci, međutim nisu jedino zračenje koje atomi emituju. Ubrzo nakon njihovog otkrića, otkrivene su druge vrste zračenja koje emituju atomi takozvanih radioaktivnih supstanci. Pojava radioaktivnosti pružila je konačan dokaz za kompozitnu prirodu atoma, pokazujući da atomi radioaktivnih sup­stanci ne samo da emituju različite vrste zračenja, već se pretvaraju  u atome potpuno različitih supstanci.

Pored toga što su podvrgnute intenzivnom prouča­vanju, ove su pojave takođe korištene, i to na najdovit­ljivije načine, kao  nova oruđa s kojima se u materiju prodrlo dublje nego što je ikada ranije bilo moguće. Tako je Maks fon Laue (Max von Laue) koristio X - zra­ke da bi proučavao raspored atoma u kristalima, a Ernst Raderford (Ernest Rutherford) je shvatio da alfa čestice koje izbijaju iz radioaktivnih supstanci predstavljaju veoma brze projektile subatomske veličine koji se mogu koristiti za ispitivanje unutrašnjosti atoma.Te su se če­stice mogle ispaljivati na atome i iz načina na koji su skretane sa svoje putanje mogli su se izvući zaključci o strukturi  atoma.

Kada je Raderford bombardovao atome alfa česticama, došao je do senzaconalnih i  potpuno neočekivanih rezultata. Atomi ne samo da nisu bili čvrste i pune čestice kako se verovalo još od antike, već je ispalo da se oni sastoje od ogromnih prostora u kojima se izuzetno male čestice  - elektroni  - kreću  oko jezgra,  vezani  za  njega električnim silama. Nije lako steći osećaj za red veličine atoma, toliko je on udaljen od naših makroskopskih razmera. Prečnik jednog atoma iznosi približno jedan sto­ milioniti deo centimetra. Da biste sebi predstavili tu si­ćušnu veličinu, zamislite jednu pomorandžu koja je uvećana do veličine Zemlje. Atomi pomorandže će tada biti veličine trešanja. Bezbroj trešanja, tesno upakovanih u loptu veličine Zemlje - to vam je uvećana slika atoma u pomorandži.

Atom je dakle izuzetno mali u odnosu na makros­kopske objekte, ali je ogroman kada se uporedi sa jez­grom u svom središtu. U našoj slici atoma veličine trešnje, jezgro atoma će biti tako malo da nećemo biti u sta­nju da ga vidimo. Čak i ako naduvamo atom do veličine fudbalske lopte, ili čak do veličine jedne sobe, jezgro će i dalje biti previše malo da bi se videlo golim okom. Da bismo videli jezgro, morali bismo da naduvamo atom do veličine najveće kupole na svetu, kupole katedrale Sv. Petra u Rimu. U atomu te veličine, jezgro bi imalo veličinu zrna soli! Zrno soli usred kupole Sv. Petra, i trun­čice prašine koje kovitlaju oko njega u ogromnom prostoru kupole - eto tako možemo sebi predstaviti jezgro i elektrone jednog atoma.

Ubrzo nakon pojave ovog "planetarnog" modela atoma, otkriveno je da broj elektrona u atomima nekog elementa određuje hemijska svojstva tog elementa i danas mi znamo da se celokupna periodična tablica elemenata može izgraditi tako što ćemo jezgru najlakšeg ato­ma - "vodonikovog"' - postupno dodavati protone i neu­trone, a njegovoj atomskoj "masi" odgovarajući broj elektrona. Interakcije između atoma dovode do raznih hemijskih procesa, tako da se cela hemija sada u princi­pu može razumeti na osnovu zakona atomske fizike.

•             Atom vodonika sastoji se od samo jednog protona i jednog elektrona.

Te zakone, međutim, nije  bilo   lako  prepoznati. Njih je dvadesetih godina ovog veka otkrila jedna međunarodna grupa fizičara u kojoj su bili Nils Bor iz Danske, Luj de Brolji (Louis De Broglie) iz Francuske, Ervin Sredinger (Erwin Schrooinger) i Volfgang Pauli (Wolfgang Pauli) iz Austrije, Verner Hajzenberg iz Nemačke i Pol Dirak (Paul Dirac) iz Engleske. Ti su ljudi udružili svoje snage preko svih nacionalnih granica udarajući pečat jednom od najuzbudljivijih perioda u savremenoj nauci, koji ih je po prvi put doveo u dodir sa čudnom i neočekivanom stvarnošću subatomskog sveta. Svaki put kada su fizičari postavljali pitanje prirodi u nekom atomskom eksperimentu, priroda im je odgovarala paradoksom, i što su se oni više trudili da razjasne situaciju, to su paradoksi postajali oštriji. Trebalo im je puno vremena da prihvate činjenicu da ti paradoksi pri­padaju samoj prirodi  strukture atomske fizike i da shvate kako se oni javljaju kad god pokušavamo da atomske događaje  opišemo  tradicionalnim  terminima  fizike. Kada je ovo jednom shvaćeno, fizičari su počeli da uče kako da postavljaju ispravna pitanja i kako da izbegavaju protivrečnosti. Po Hajzenbergovim rečma, oni  su nekako ušli u dub kvantne teorije II i najzad su našli preciznu i doslednu matematičku  formulaciju te teorije.

Pojmove kvantne teorije  nije  bilo  lako  prihvatiti čak ni nakon što je dovršena njihova matematička for­mulacija. Njihov učinak na imaginaciju fizičara bio je šokantan. Raderfordovi eksperimenti su pokazali da se atomi, umesto da budu črsti i neuništivi, sastoje od ogromnih prostora u kojima se kreću izuzetno male čestice, a sada je kvantna teorija jasno pokazala da  čak ni te čestice  ni iz daleka nisu poput  čvrstih  objekata klasične fizike. Subatomske jedinice materije predstavljaju veoma apstraktne entitete koji poseduju dvostruki  as­pekt. Zavisno od toga kako ih posmatramo,  oni se ponekad javljaju kao čestice, a ponekad kao talasi; a ovu dvostruku prirodu pokazuje i svetlost koja može uzeti oblik elektromagnetnih talasa  ili  čestica.

•            

čestica    talas

To svojstvo materije i svetlosti je vrlo čudno. Izgleda nemoguće prihvatiti da nešto u  isto vreme  može biti i čestica - tj. entitet ograničen na vrlo malu zapremi­nu- i talas, koji se rasprostire daleko u prostor. Ta je protivrečnost proizvela većinu paradoksa  nalik  koanu koji su konačno doveli do formulisanja kvantne teorije. Ceo taj razvoj otpočeo je kada je Maks Plank (Max Planck) otkrio da se energija toplotnog zračenja ne emituje kontinuirano, već da se javlja u obliku energetskih paketa. Ajnštajn je te energetske pakete nazvao kvantima prepoznajući u njima fundamentalne aspekte pri­rode. On je bio dovoljno smeo da pretpostavi kako se svetlost i bilo koji drugi  oblik elektromagnetnog  zrače­nja mogu javiti ne samo kao elektromagnetni talasi, već takođe i u obliku tih kvanata. Svetlosni kvanti, koji su kvantnoj teoriji i dali ime, od tada  su  prihvaćeni  kao bona fide čestice i sada se nazivaju fotonima. Oni su medutim, čestice posebne vrste, koje se kreću brzinom svetlosti i ne poseduju masu.                     •

Protivrečnost koja naizgled postoji između predstava čestice i talasa razrešena je na jedan potpuno neočeki­vani načn koji je doveo u pitanje same temelje mehanističkog pogleda na svet - pojam stvarnosti materije. Na subatomskom nivou, materija ne postoji s izvesnošću na određenim mestima, već pre pokazuje tendencije  da postoji,  a  atomski  događaji  se  ne  odigravaju  s  izvesnošću u određenim trenucima i na određene načine, već pre pokazuju "tendencije da se odigraju". U formalizmu kvantne teorije, te se tendencije izražavaju kao verovatnoće i povezuju se sa matematičkim veličinama koje uzimaju oblik talasa. To je razlog zbog kojega čestice mogu u isto vreme biti i talasi. One nisu "stvarni" trodi­menzionalni talasi poput zvuka iii vodenih talasa. Oni su "talasi verovatnoće", apstraktne matematičke veličine sa svim karakterističnim svojstvima talasa koje su povezane sa verovatnoćama da će se čestice naći na određenim tačkama u prostoru i u određenim vremenima.  Svi zakoni atomske fizike izražavaju se u terminima ovih verovatnoća. Mi nikada ne možemo predvideti neki atomski događaj sa izvesnošću; jedino možemo reći koliko je verovatno da će do njega doći.

Kvantna teorija je na taj način razbila klasične poj­move  čvrstih  objekata  i strogo determinističkih  zakona prirode.    Na   subatomskom   nivou,   čvrsti   materijalni objekti  klasične  fizike  rastapaju  se  na  talasne  obrasce verovatnoća,  a ti obrasci, u konačnom  ishodu,  ne pred­stavljaju verovatnoće  stvari, već pre verovatnoće  međupovezanosti.   Pažljiva   analiza   procesa   posmatranja   u atomskoj fizici pokazala je da subatomske čestice nemaju  nikakvog  značenja kao izlovani entiteti, već se mogu shvatiti jedino  kao  međupovezanosti   između  priprema­nja  jednog   eksperimenta   i  kasnije  izvršenog  merenja. Kvantna  teorija  na taj način  razotkriva jedno  suštinsko jedinstvo  univerzuma.  Ona pokazuje  da ne  možemo razložiti svet na najmanje jedinice  koje postoje nezavisno. Kako  prodiremo  u  materiju,  priroda  nam  ne  pokazuje nikakve  izlovane  "osnovne  opeke",  već se pre ukazuje kao jedna  komplikovana mreža odnosa izmedu različitih delova celine.  Ti odnosi  uvek  na jedan  suštinski način uključuju  i posmatrača.  Ljudski  posmatrač  čini poslednju  kariku  u  lancu  procesa  posmatranja  i svojstva  bilo kojeg atomskog objekta mogu se shvatiti jedino  u terminima  interakcije  tog objekta  sa posmatračem.  To znači da  klasični ideal objektivnog opisivanja prirode više ne važi.

Kartezijanska podela između ja i sveta, između posmatrača i posmatranoga, više  se ne  može  praviti kada se bavimo atomskom materijom. U atomskoj fizici nikada ne možemo govoriti o prirodi a da, istovremeno ne govorimo i o sebi.                                                    '

ova atomska teorija je odmah bila u stanju da reši nekoliko zagonetki koje su se pojavile u vezi sa struktu­rom atoma i koje se nisu mogle objasniti Raderfordovim planetarnim modelom. Pre svega, Raderfordovi eksperi­mentl ..su pokazali da se atomi koji sačinjavaju čvrstu materiju gotovo u potpunosti sastoje od praznog prostora, barem što se tiče rasporeda mase. Ali ako se sve Stvari oko nas, uključujući i nas same, sastoje uglavnom od praznog prostora, zašto onda nismo u stanju da prođemo kroz zatvorena vrata? Drugim rečima, šta je to što materiji daje njen aspekat solidnosti i čvrstoće?