Cetvrto poglavlje

NOVA FIZIKA

Prema istocnjackim misticima,  neposredno  mistic­ko iskustvo stvarnosti predstavlja prelomni dogadaj koji potresa same temelje našeg pogleda na svet. D. T. Suzuki ga je nazvao "najzapanjujućim dogadajem koji se ikada  moze  desiti  na  podrucju  ljudske  svesti...  remeteći svaki oblik ustaljenog  iskustva "1

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

Fizcari su se pocetkom ovog veka osecali vrlo sli­cno tome kada je novo iskustvo atomske stvarnosti iz temelja protresalo njihov pogled na svet i to su iskustvo oni opisali izrazima koji su cesto hili veoma nalik onima koje je upotrebio Suzukijev zen majstor. Tako je Haj­zenberg pisao:

Zucna reagovanja na nedavni razvoj savremene fi­zike mogu se razumeti jedino kada shvatimo da su tu poceli da se pomeraju  temelji  fizike;  i da je  to pomeranje stvorilo osecaj da ce nauka izgubiti tlo pod nogama 2 •

Ajnstajn je dotiveo isti taj potres kada je prvi put stupio u dodir sa novom stvarnoscu atomske fizike. U svojoj autobiografiji on je pisao:

Svi su moji pokusaji 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, ohjekat, uzrok i posledica, itd., a kako su ti pojmovi u samoj osnovi našeg dozivljavanja sveta onda nije ni čudno sto su fizičari koji su hili prisiljeni da ih menjaju osecali nesto 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 istocnjački mistici i zapadnjački fizičari prošli kroz slična revolucionarna is­kustva koja su ih dovela do potpuno novih načina sagledavanja sveta. U sledeca dva odlomka, evropski fizičar Nils Bor (Niels Bohr) i indijski mistik Sri Aurohindo izrazavaju dubinu i koreniti karakter tog iskustva.

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

Nils Bor

Sve stvari zapravo pocinju da menjaju svoju prirodu i izgled; celo naše dozivljavanje sveta radikalno je drugacije ... Tu je jedan novi siroki 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 ce posluziti da ocrta jednu prelimi­narnu sliku ovog novog poimanja sveta nasuprot pozadi­ni klasične fizike•; pokazujući kako je klasicno mehani­cstičko shvatanje moralo hiti napusteno pocetkom ovog veka kada su nas kvantna teorija i teorija relativiteta - dve osnovne teorije savremene fizike - naterale da pri­hvatamo jedan daleko tananiji, holistickijii "organički­ ji" pogled na prirodu.

Klasicna fizika

Pogled na svet kojeg su promenila otkrica savreme­ ne 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 mocne stene, na sebi drzao celokupnu nauku pruzajuci cvrstu osnovu filozofiji prirode gotovo tri veka.

Pozornica njutnovskog univerzuma, na kojoj su se odigravale sve fizicke pojave, bila je trodimenzionlni prostor klasicne 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 sta spoljasnje, uvek ostaje slican i nepokretan" 7 .

Sve promene u fizickom svetu opisivane su u termi­nirna jedne odvojene dimenzije, nazvane vreme, koje je takode bilo apsolutno, ne posedujući nikakve veze sa materijalnim svetom i protičući jednoliko iz proslosti kroz sadašnjost u buducnost . "Apsolutno, istinito i matematicko vreme'', govorio je Njutn, ..samo od sebe i po sopstvenoj prirodi,  teče jednoobrazno,  ne obaziruci se nina šta spoljašnje" 8

Elementi njutnovskog sveta koji su se kretali u tom apsolutnom prostoru i apsolutnom vremenu bili su materijalne čestice. U matematickim jednačinama one su tretirane kao "materijalne tačke" i Nutn 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 sustini pasivna. Znacajna razlika izmedu demokritovskog i njutnovskog atomizma je u tome što ovaj drugi uključuje i precizni opis sile koja deluje izmedu materijalnih čestica. Ta sila je vrlo jednostavna pošto zavisi jedino od masa čestica i njihovih medusobnih 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 zamisljao božije stvaranje materijalnog sveta:

Izgleda mi verovatno da je bog na pocetku 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 medusobnim privlacenjem tj. silom gravitacije. Da bi efekat ove sile na materijalnu tačku pretocio u preciznu matematičku fomu, Njutn je morao da izmisli potpuno nove pojmove i matematicke tehnike, naime tehniku diferencijalnog računa.  To je bilo jedno velicanstveno intelektualno postignuce za koje je Ajnštajn rekao da je "možda najveci napredak u mišljenju koji je ikada jedan pojedinac imao privilegiju da ucini".

Njutnove jednačine kretanja predstavljaju osnovu klasične mehanike. Za njih se smatralo da su nepromenljivi zakoni kojima se krecu materijalne čestice i stoga se mislilo da oni mogu objasniti sve promene koje se opažaju u fizičkom svetu. Po njutnovskom  shvatanju, bog je na pocetku 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 masinu se mislilo da je potpuno kauzalna i determinisana. Sve sto se dogada imalo je tačno odredeni uzrok i proizvodi tačno odredenu posledicu, i buducnost bilo kog dela sistema moze 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 naslo 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 polozaj 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 nista ne bi bilo neizvesno  i  cela  bi  se buducnost  kao  i  proslost  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 more opisati objektivno, tj. bez da se ikada po­ mene ljudski posmatra 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, medutim, vrlo pojednostavljen jer je zanemarivao, na primer, gravitacioni uticaj planeta jednih na druge, te je on stoga nasao da postoje neke nepravilnosti koje nije mogao da objasni. On je taj problem razresio time sto je  pretpostavio da je  bog uvek prisutan u univerzumu kako bi ispravio te nepravilnosti.

Laplas, veliki matematičar, zadao je sebi ambicioni zadatak da usavrsi Njutnove proračune u jednoj knjizi koja bi "'pruzila potpuno resenje velikog mehaničkog problema koji je postavljao sunčev sistem i koja bi dovela do tako bliskog poklapanja teorije i posmatranja da empirijskim jednačinama  vise 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, kazu 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 prosirili 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 shvaceno da toplota predstavlja energiju koju proizvodi slozeno "poskakujuce" 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 hladenjem vode, molekuli se na kraju sprežu u jedan novi vi'ši obrazac koji predstavlja led. Na slican 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 konacna teorija prirodnih pojava. A ipak,  trebalo je da prođe manje od sto godina pa da se pronade nova fizička stvarnost koja je učinila ociglednim ograničenja njutnovskog modela i pokazala da ni jedno od njenih svojstava ne poseduje ap­solutno  važenje.

Ta spoznaja nije dosla naglo, već su je postepeno uveli dogadaji koji su poceli da se odigravaju već u devetnaestom veku pripremajuci teren za naučne revoluci­je naseg doba. Prvi od tih dogadaja bio je otkrice i ispitivanje električnih i magnetnih pojava koje se nisu mogle na odgovarajuci način opisati mehanističkim modelorn 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 hrilijantni teoretičar. Kada je Faradej proizveo strujni tok u namotajima bakarne žice pokrećući magnet pokraj njih i na taj način pretvorio mehanicki 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 cinio 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 izmedu pozitivnog i negati­vnog naelektrisanja tumače tako sto ce jednostavno  reći da se ta dva naelektrisanja medusohno privlače  kao dve mase u njutnovskoj mehanici, Faradej  i Maksvel  su  nasli 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 hlizinu kako bi osetilo njegov učinak.

Bila je to najdublja promena u našem poimanju fizicke 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 moze izucavati bez ikakvog oslanjanja na materijalna tela. Vrhunski produkt ove teorije, nazvan elektro­ dinamika, predstavljao je spoznaju da svetlost nije nigta drugo do naizmenicno promenljivo elektromagnetno po­ lje 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 dalekoseznih promena, njutnovska mehanika je ispocetka drzala svoj polozaj osnove cele fi­zike. I sam je Maksvel pokusavao  da svoje rezultate objasni mehanickim terminima, tumaceci polja kao stanja mehanickog napona u jednom vrlo laganom medijumu koji ispunjava prostor, a koji je nazvan etrom, a elektromagnetne talase kao elasticne talase tog etra. To je bilo sasvim prirodno, jer su talasai obicno dozivljava­ni kao vibracije necega; vodeni talasi kao vibracije vode, zvucni talasi kao vibracije vazduha. Maksvel je, medutim, istovremeno koristio nekoliko mehanickih tumacenja svoje teorije i po svemu sudeći ni jedno od njih nije shvatao sasvim ozbiljno. Mora da je intuitivno shvatio, cak i ako to nije eksplicitno izrazio, da su osnovni entiteti u njegovoj teoriji polja, a ne mehanicki 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 fi­zicke entitete po sebi koji mogu putovati kroz prazan prostor koji se ne mogu objasniti mehanicki.

Dakle, na pocetku dvadesetog veka fizicari su imali dve uspesne 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 sutuaciju u fizici. Dva odvojena dogadaja - razvoj teorije relativiteta i atomske fizike- razbila su sve osnovne pojmove njutnovskog pogleda na svet: pojam apsolutnog prostora i vremena, elementarne cvrste česti­ce, strogo kauzalnu prirodu fizickih pojava, i ideal objektivnog opisivanja prirode. Nijedan od tih pojmova nije se mogao prosiriti na nova podrucja u koja je fizika sada počela da zalazi.

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

Ajnstajn je snazno verovao u sustinsku harmoniju prirode i ono sto ga je najdublje zaokupljalo kroz ceo njegov naucnicki zivot bilo je da pronade jedinstvene temelje fizike. Tom cilju je poceo da se približava konstruišući jedan zajednicki okvir za elektrodinamiku i mehaniku,  dve  odvojene  teorije  klasicne  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 mozemo govoriti o prostoru, a da ne govorimo o vremenu i obrnuto. Staviše, ne postoji univerzalno proticanje vremena kao u njutnovskom modelu. Različiti posmatrači poredace dogadaje različito u vremenu ukoliko se krecu različitim brzinama u odnosu na posmatrane dogadaje. U takvom jednom slučaju, dva dogadaja koja jedan posmatrat 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 tizicke pojave napusta 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 kori­ stimo da bismo opisali prirodu.  Najznačajnija  posledica te promene jeste spoznaja da masa nije nista drugo do jedan oblik energije. Cak i objekat koji miruje poseduje energiju  uskladištenu  u sopstvenoj  masi, a odnos izme­du toga dvoga dat je slavnom jednačinom E=rru?, gde c predstavlja brzinu svetlosti.

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

Ajnstajnje 1915., izlozio svoju opstu teoriju relativiteta u kojoj je okvir specijalne teorije prosiren kako bi obuhvatio gravitaciju, tj. medusobno privlačenje svih masivnih tela. Dok je specijalna teorija potvrdena ne­ brojenim eksperimentima, opsta teorija jos uvek nije konačno potvrdena. Medutim, to je do sada najprihvaceni­ja, najdosledinija i najelegantija teorija gravitacije i siroko se koristi u astrofizici i osmologiji za opisivanje univerzuma najsirih dimenzija.

Sila gravitacije, prema  Ajnstajnovoj  teoriji,  ima učinak "zakrivljavanja" prostora ivremena. To znači da u takvom jednom zakrivljenom prostoru euklidovska geometrija više ne vazi, bas kao sto se ni dvodimenzional­na geometrija povrsine može primeniti na povrsinu sfe­re. Na povrsi mozemo nacrtati, na primer, jedan kvadrat tako sto ćemo na pravoj liniji obeležiti jedan metar, napraviti prav ugao i obeležiti ponovo jedan metar, zatim napraviti jos jedan prav ugao i obeležiti jos jedan metar, i najzad napraviti i treci prav ugao i opet obeležiti jedan metar, nakon čega se ponovo nalazimo na pocetnom polozaju i kvadrat je zavrsen. Na sferi, medutim, ovaj postupak ne funkcioniše, jer pravila euklidovske geometri­je ne važe na zakrivljenim povrsinama. Na isti natin, trodimenzionalni zakrivljeni prostcir možemo definisati kao onaj u kome euklidovska geometrija više ne važi. Ajnstajnova 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 iii 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. Ajnstaj­nova opsta teorija relativiteta na taj natin potpuno ukida pojmove apsolutnog prostora i vremena. Nisu samo sva merenja koja se ti u 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 povrsini ina sferi Mehanisti ki pogled  na svet klasi ne fizike zasnivao se na shvatanju o vrstim telima koja se krecu u pra­znom prostoru. To shvatanje i dalje važi u oblasti koja je nazvana  "zonom srednjih dimenzija", naime, u oblasti naseg  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 nase navike misljenja, tako da nam je izuzetno tesko da zamislimo neku fizičku stvarnost u kojoj  oni ne važe. Pa ipak, upravo je to ono sto nas savre­mena  fizika  prisiljava  da  učinimo  kada  iskoračimo  iz srednjih dimeilzija.   "Prazan  prostor"   je   izgubio   svoj smisao u astrofizici i kosmologiji, naukama koje se bave univerzumom najsirih dimenzija, dok je atomska fizika, nauka o beskrajno malom, razbila pojam cvrstog objekta.

Početkom veka otkriveno je nekoliko pojava pove­zanih sa strukturom atoma, a neobjasnjivih u terminima klasicne fizike.Prvi nagovestaj da atomi imaju neku strukturu dosao je od otkrića X-zracenja; jednog novog zracenja koje je vrlo brzo naslo svoju sada već dobro poznatu primenu u medicini. X-zraci, medutim nisu jedino zracenje koje atomi emituju. Ubrzo nakon njihovog otkrića, otkrivene su druge vrste zracenja koje emituju atomi takozvanih radioaktivnih supstanci. Pojava radioaktivnosti pruzila je konacan dokaz za kompozitnu prirodu atoma, pokazujući da atomi radioaktivnih sup­stanci ne samo da emituju različite vrste zracenja, već se pretvaraju  u atome potpuno različitih supstanci.

Pored toga sto su podvrgnute intenzivnom prouca­vanju, ove su pojave takode koristene, i to na najdovit­ljivije načine, kao  nova oruda s kojima se u materiju prodrlo dublje nego sto je ikada ranije bilo moguće. Tako je Maks fon Laue (Max von Laue) koristio X - zra­ke da bi proucavao raspored atoma u kristalima, a Ernst Raderford (Ernest Rutherford) je shvatio da alfa cestice koje izbijaju iz radioaktivnih supstanci predstavljaju veoma brze projektile subatomske velicine koji se mogu koristiti za ispitivanje unutrasnjosti atoma.Te su se če­stice mogle ispaljivati na atome i iz nacina na koji su skretane sa svoje putanje mogli su se izvuci zakljucd o strukturi  atoma.

Kada je Raderford bombardovao atome alfa česticama, dosao je do senzaconalnih i  potpuno neočekivanih rezultata. Atomi ne samo da nisu bili čvrste i pune čestice kako se verovalo jos 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 elektricnim silama. Nije lako steći osecaj za red velicine atoma, toliko je on udaljen od nasih makroskopskih razmera. Precnik jednog atoma iznosi priblizno jedan sto­ milioniti deo centimetra. Da biste sebi predstavili tu si­ćušnu velicinu, zamislite jednu pomorandzu koja je uvecana do velicine Zemlje. Atomi pomorandze ce tada biti velicine trešanja. Bezbroj trešanja, tesno upakovanih u loptu veličine Zemlje - to vam je uvecana slika atoma u pomorandzi.

Atom je dakle izuzetno mali u odnosu na makros­kopske objekte, ali je ogroman kada se uporedi sa jez­grom u svom središtu. U nasoj slici atoma velicine tresnje, jezgro atoma ce biti tako malo da necemo biti u sta­nju da ga vidimo. Cak i ako naduvamo atom do veličine fudbalske lopte, iii cak do veličine jedne sobe, jezgro ce i dalje biti previše malo da bi se videlo golim okom. Da bismo videli jezgro, morali bismo da naduvamo atom do veličine najvece kupole na svetu, kupole katedrale Sv. Petra u Rimu. U atomu te velicine, jezgro bi imalo veličinu zrna soli! Zrno soli u sred kupole Sv. Petra, i trun­čice prasine koje kovitlaju oko njega u ogromnom pro­ storu 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 odreduje hemijska svojstva tog elementa i danas mi znamo da se celokupna periodicna tablica elemenata moze izgraditi tako sto ćemo jezgru najlakseg ato­ma - "vodonikovog"' - postupno dodavati protone i neu­trone, a njegovoj atomskoj "masi" odgovarajuci broj elektrona. Interakcije izmedu 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, medutim, nije  bilo   lako  prepoznati. Njih je dvadesetih godina ovog veka otkrila jedna medunarodna 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 udruzili 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 sto 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 pokusavamo da atomske dogadaje  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 sto je dovrsena njihova matematička for­mulacija. Njihov učinak na imaginaciju fizičara bio je šokantan. Raderfordovi eksperimenti su pokazali da se atomi, umesto da budu črsti i neunistivi, 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 moze uzeti oblik elektromagnetnih talasa  iii  čestica.

•            

estica    talas

To svojstvo materije i svetlosti je vrlo čudno. Izgleda nemoguće prihvatiti da nesto u  isto vreme  moze 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 otpoceo je kada je Maks Plank (Max Planck) otkrio da se energija toplotnog zračenja ne emituje kontinuirano, već da se javlja u obliku energetskih paketa. Ajnstajn 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 takode 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 izmedu predstava čestice i talasa razresena je na jedan potpuno neoceki­vani načn koji je doveo u pitanje same temelje mehanističkog pogleda na svet - pojam stvarnosti materije. Na subatomskom nivou, materija ne postoji s izvesnoscu na odredenim mestima, već pre pokazuje tendencije  da postoj ,  a  atomski  dogadaj i  se  ne  odigravaju  s  izvesnošću u odredenim trenucima i na odredene nacine, već pre pokazuju "tendencije da se odigraju". U formalizmu kvantne teorije, te se tendencije izrazavaju kao verovatnoće i povezuju se sa matematickim velicinama koje uzimaju oblik talasa. To je razlog zbog kojega cestice mogu u isto vreme biti i talasi. One nisu "stvarni" trodi­menzionalni talasi poput zvuka iii vodenih talasa. Oni su "talasi verovatnoće", apstraktne matematicke veličine sa svim karakteristicnim svojstvima talasa koje su povezane sa verovatnoćama da će se čestice naći na odredenim tačkama u prostoru i u odredenim vremenima.  Svi zakoni atomske fizike izrazavaju se u terminima ovih verovatnoća. Mi nikada ne mozemo predvideti neki atomski dogadaj sa izvesnošću; jedino mozemo reći koliko je verovatno da će do njega doći.

Kvantna teorija je na taj način razbila klasicne poj­move  cvrstih  objekata  i strogo deterministickih  zakona prirode.    Na   subatomskom   nivou,   cvrsti   materijalni objekti  klasicne  fizike  rastapaju  se  na  talasne  obrasce verovatnoća,  a ti obrasci, u konacnom  ishodu,  ne pred­stavljaju verovatnoće  stvari, već pre verovatnoce  međupovezanosti.   Pazljiva   analiza   procesa   posmatranja   u atomskoj fizici pokazala je da subatomske cestice nemaju  nikakvog  znacenja kao izlovani entiteti, već se mogu shvatiti jedino  kao  medupovezanosti   izmedu  priprema­nja  jednog   eksperimenta   i  kasnije  izvrsenog  merenja. Kvantna  teorija  na taj način  razotkriva jedno  sustinsko jedinstvo  univerzuma.  Ona pokazuje  da ne  mozemo 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 mreza odnosa izmedu različitih delova celine.  Ti odnosi  uvek  na jedan  sustinski način ukljucuju  i posmatraca.  Ljudski  posmatrac  čini poslednju  kariku  u  lancu  procesa  posmatranja  i svojstva  bilo kojeg atomskog objekta mogu se shvatiti jedino  u terminima  interakcije  tog objekta  sa posmatracem.  To znači da  klasicni ideal objektivnog opisivanja prirode više ne važi.

Kartezijanska podela izmedu ja i sveta, izmedu posmatraca i posmatranoga, više  se ne  moze  praviti k da se bavimo atomskom materijom. U atomskoj fizici nikada ne mozemo govoriti o prirodi a da, istovremeno ne govorimo i o sebi.                                                    '

ova atomsk teorija je odmah bila u stanju da resi 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 cvrstu materiju gotovo u potpunosti sastoje od praznog prostora, barem sto se tice rasporeda mase. Ali ako se sve Stvari oko nas, ukljucujući i nas same, sastoje uglavnom od praznog prostora, zasto onda nismo u stanju da prođemo kroz zatvorena vrata? Drugim rečima, sta je to sto materiji daje njen aspekat solidnosti i cvrstoce?