A modern tudomány, így a fizika is, egyre jobban specializálódik. Ennek oka érthető, hiszen ahogy egyre mélyebbre hatolunk a természet titkainak megismerésében, egyre több adatot kell feldolgozni, egyre bonyolultabbak műszereink és a matematikai módszerek elsajátítása is egyre nagyobb erőfeszítést kíván. Ezért korunk tudománya a specialisták tudománya lett, annak jó és rossz oldalával együtt. Jó, hogy ismereteink egyre mélyebbek és részletesebbek; rossz, hogy elvész az élő kapcsolat a különböző tudományterületek között, és halványul az esély, hogy a valóságot a maga teljességében ismerjük meg.
Példa rá saját szakterületem, amely az elektronok mágneses tulajdonságain alapul, amelyben rezonancia átmeneteket lehet vizsgálni a mágneses mezőben kialakuló állapotok között, és ebből lehet következtetéseket levonni a molekulák szerkezetére, mozgásaira és átalakulásaira. A módszer az elektronok fontos tulajdonságához, a spinhez kapcsolódik. De megvizsgálva ezernyi anyagot, analizálva rengeteg molekula szerkezetét, az alapkérdésre, hogy mi is a spin, nem kapunk választ.
Honnan is ered a spin fogalma, ami tulajdonképp pörgést jelent? Ha az elektront mágneses mezőbe helyezzük, akkor energiája felhasad két szintre. Ebből az elektrodinamika szabályai alapján arra következtetünk, hogy az elektron mágneses dipólussal rendelkezik, amelynek nyomatéka határozza meg a felhasadás mértékét. Ez a Zeeman effektus. A Stern-Gerlach kísérlet óta evvel tisztában vagyunk. Mágneses dipólus momentumot keringő vagy forgó töltések hoznak létre az elektrodinamika szerint. Tehát forog az elektron? Erre utal, hogy az elektron rendelkezik forgási impulzusmomentummal is, amelynek mértékét az ½ spin adja meg a redukált ħ Planck állandó egységében kifejezve. Tehát forog az elektron, tegyük fel még egyszer a kérdést? Határozott választ nem ad a kérdésre a szakirodalom. Sőt egyes helyeken olyanokat lehet olvasni, hogy ehhez a fénynél is sebesebb forgásra lenne szükség!
Meggyőző válasz hiányában kitaláltak rá egy szót: intrinsic. Tehát azért van az elektronnak spinje, mert ez „intrinsic” tulajdonság. Ennél azért jobb választ akartam kapni, ami elindított egy úton, ami épp ellentétes a specialistáknak – ahová magam is tartozom – szokásos gyakorlatával, és keresni kezdtem a lehetséges összefüggéseket a fizika távoli területei között. Ez indított el a nagy kalandra a fizikában, amelyben végignéztem a klasszikus mechanika és az elektrodinamika törvényeit, rátértem a kvantummechanikára, keresve a mezőelméletek módszertanát is. Segítségül hívtam a speciális, majd az általános relativitáselméletet, majd a részecskefizikánál kötöttem ki. Ez a nagy utazás a fizika világában vezetett el egy olyan koncepcióhoz, hogy a spinhez igenis tartozik egy különös forgás, amit fénysebességű forgásnak neveztem el. Ebben nagy segítséget adott a speciális és az általános relativitás elveinek találkozása, ami feloldotta azt az ellentmondást, hogyan lehet egyrészt a szóráskísérletek szerint az elektronnak nulla hatáskeresztmetszete – azaz pontszerű – másrészt forgási (mágneses és impulzus) momentuma, amely pedig csak kiterjedt fizikai objektumoknak lehet. A speciális relativitáselmélet Lorentz kontrakciója hozhat létre olyan geometriai alakzatot, amely fénysebességű forgás miatt nulla kerülettel, vagy felülettel rendelkezik, miközben a sugár véges marad. Az általános relativitás elve adta meg a kulcsot, hogy mi stabilizálja ezt a forgást, mert a nagyfrekvenciájú forgás centrifugális erejét kompenzálja a tér görbületéhez tartozó potenciális erő. Ekkor a részecskék stabilitását biztosító tér görbületének potenciális energiája épp kiegyenlíti a saját forgások kinetikus energiáját, ami nem más, mint a nevezetes mc2. A részecskék létrejöttéhez emiatt nem kell külső energia, csak egy lökés, amely elindítja a forgásokat.
A részecskefizika vezetett el a kettős forgás koncepciójához, ami egyúttal magyarázta az elektromos töltés eredetét, és az anyag – antianyag kettősségét. A relativisztikus kvantummechanika kovariancia törvénye adta meg a modell elméleti hátterét, amely a töltés és tömegoperátorok bevezetésével értelmezte a kvarkok bezártság elvét (miért nem lehet megfigyelni törttöltésű objektumokat) és magyarázta, hogyan létezhet háromféle neutrínó, ha nulla a tömegük és töltésük is. A fénysebességű forgások elve új szerepet ad a térnek, amely többé nem pusztán egy tartály, amelyben a részecskék világa mozog, hanem maga a részecskék forrása is a lokális és különböző szimmetriájú forgások révén.
De látható-e az a forgás, ami megteremti a részecskék világát, tehető fel a kérdés? Hasonló kérdés azonban felvethető a kvantummechanikában is! Az atomok belsejében sem látjuk addig az elektronokat, amíg nem ugranak át egyik állapotból a másikba a fény részecskéjét, a fotont kibocsátva, vagy elnyelve. A kvantummechanika születését épp az a probléma idézte elő, hogy mit mondhatunk az elektron állapotáról, amikor „nem látjuk”, amikor még nem változtatja meg az állapotát. De amíg nem történik meg valami, csak találgathatunk, hogy mi lehet a változás előtt. Ez a találgatás a kvantummechanikában az elektronok állapotfüggvénye, amely a mozgást nem az időben, hanem a valószínűségi mezőben írja le. Az egész elmélet nem arról szól, hogy mi van, hanem arról, hogy mi lehet! A „van” világa adja meg a foton és minden más részecske korpuszkuláris természetét, amit azonban megelőz a „lehet” világa, amiben a valószínűség az úr, és ezt tükrözi az anyag hullám természete is. A valószínűségi szemléletmódnak továbbvitele a részecskék leírásában a fénysebességű forgás, amely forgás közvetlenül szintén nem látható, és csupán a gyenge kölcsönhatás alapján szerzünk tudomást a részecskét alkotó saját forgások megváltozásáról.
A fénysebességű forgások koncepciójának kiteljesedését Higgs elmélete hozta el, amely szintén a tér aktív szerepével magyarázza a részecskék keletkezését, amikor megtörik az üres tér totális szimmetriája. A Higgs bozon bomlása pedig az a mechanizmus, amely biztosítja a részecskék képződéséhez szükséges végső lökést.
Így vezetett el az út a specialisták gondolkozási módjától a szélesebb fizikai összefüggések kereséséig.
Link a további bejegyzésekhez: Paradigmaváltás a fizikában
