A tudomány által festett kép elhomályosult. Bár napjaink természettudománya fejlettebb, mint valaha, messze nem oldotta meg az összes rejtélyt, és nem értette meg mindazt, ami környező
világunkból megérthet. Éppen ellenkezőleg, a 20. század közepének világképe egyre halványabbá válik: nagy területek hiányoznak, mintha valaki egy összerakójátékból elcsent volna néhány darabot, a többi részt pedig tejüveggel fedte volna be.
A fontos tudományok fő irányvonalában a kutatók mintha visszahúzódnának a technikai részletek biztonságába, megkerülve ezzel a valóban alapvető kérdéseket. Amint Carl Friedrich von Weizsacker tudományfilozófus írja. „Jellemző a tudományra, ahogy ma művelik, hogy a fizikában nem teszik fel az igazi kérdést, mi az anyag, sem a biológiában, hogy mi az élet, sem a pszichológiában, hogy mi a lélek…”
Elérkezett az idő a kutatók számára, hogy felülvizsgálják feltevéseiket annak értelméről, amit megfigyeléseikkel és egyenleteikkel írnak le, valamint megnézzék, felderíthetők-e még hiányzó területek, és áthatolhatnak-e azon a fátylon, amely eltakarja előlük ezt az ismeretlen tájat. De mint mindig, amikor a kutatók ismétlődő eltérésekkel és ellentmondásokkal találkoznak, nehezen adják fel megalapozott elméleteiket. Már annyi kivétel és kiegészítés társul a fő elméletekhez, hogy ezek lassan elhomályosulnak, és végül senki sem tudja pontosan, mit jelentenek valójában. Szélsőséges esetben a belőlük levonható következtetések már sokkal bonyolultabbak, mint amit a józan ész és a türelem elvisel.
Éppen ez történt, amikor a geocentrikus világ elméletét felváltotta a heliocentrikus elmélet. Hosszú időn át uralkodott az a nézet, amely szerint a Nap és a bolygók tökéletes körpályán keringenek a Föld körül olyan módon, hogy forgó kristálygömbökön függnek. De ez később csak úgy maradhatott összhangban a megfigyelésekkel, ha feltételezték, hogy a gömbökön belül újabb gömbök és a körökön belül újabb körök helyezkednek el. Végül aztán ezeknek az „epiciklusok”-nak a száma annyira megnőtt, kiszámításuk annyira bonyolulttá vált, hogy hitelét vesztette az alapelképzelés. Kopernikusz – aki erősen hitte, hogy a természet szereti az egyszerűséget – ekkor elállt a heliocentrikus elmélettel, és ezt az egyszerűbb, bár forradalmi elképzelést számos csillagász elfogadta. Einstein forradalmi gondolata a századforduló körül hasonló tényezőkből eredt: a fizikai jelenségek Newton klasszikus mechanikája szerinti értelmezése olyan bonyolulttá vált, hogy az Einstein egyenletei által bevezetett rendet és egyszerűséget – bár elképesztőnek tűnt – a fizikusok nagy megkönnyebbüléssel üdvözölték. Hasonló folyamat zajlik napjainkban számos tudományágban. Egyetlen elmélet sem ússza meg cáfolat nélkül: láttuk már, hogy a század folyamán még a kvantumfizikában és a kozmológiában is eltérésekbe ütköztek a kutatók.
Ennek eredményeként a fizikusok új nemzedéke lázasan keres új megközelítéseket és új fogalmakat. Sokasodnak a szabálytalanságok a biológiában is, ami egyre nagyobb nyomással nehezedik nemcsak a klasszikus darwini elméletre, hanem ennek neodarwinista változataira is. A tudat birodalmát persze sohasem értette meg tökéletesen a tudomány, de időnként akadtak kutatók, akik úgy vélték, hogy az alapvető fogalmak tökéletes megértése felé haladnak.
Ezek az illúziók mára már szertefoszlottak: olyan ellentmondások, felfedezések láttak napvilágot az emberi értelem és tapasztalat terén, amelyeket nem lehet többé figyelmen kívül hagyni pusztán azzal az indokolással, hogy ezek csak képzelgések, és nem tartoznak a tudomány vizsgálódási körébe.
Napjainkra szétzilálódott az a magabiztosság, hogy már felfedeztük a természet világának alapvető vonásait; a 19. század végének önelégültsége korunkban szinte teljesen előtűnt. Mind több társaság és szövetség alakul a tudományos megfigyelésekben elforduló rendellenességek vizsgálatára, és ezek a tudomány építményének széleiről lassan a középpont felé haladnak. A tudomány forradalmi változások küszöbén áll. A most kezdd tudományos forradalom gyorsabban zajlik le, mint a kopernikuszi forradalom, és szélesebb lesz, mint amit Einstein indított el. Az jellemzi, hogy igen sokoldalú tényeket olvaszt össze egy erősen egységesített, egyszer – még ha elvontnak is látszó – elméletben. A tudományban ugyanis nem úgy old meg valaki egy rejtélyt és válaszol egy kérdésre, hogy egyszerűen új feltételeket fércei össze egy már elfogadott fogalomhoz. Ehelyett a kritikus pontnál, ahol a szabálytalanságok már annyira felgyülemlenek, hogy a tudományos közösség nem tűrheti tovább őket, ugrás történik egy új, alapvető feltétel – egy új alapminta felé. Egy ilyen mintaeltolódás mélyebb (vagy mondhatjuk így: magasabb) szinten foglalja egységes elméleti keretbe az adott területen elért megállapításokat. Ahogyan a Newton és Kopernikusz által kidolgozott elméleti keret megnyitotta az utat az éggömb és a földgömb egységes szemlélete előtt, és ahogy a 20. század nem egyensúlyi termodinamikájának alapvető fogalmai utat törtek a fizikai és a fizikai-kémiai rendszereknek a biológiai, sőt a pszichológiai és a szociológiai rendszerekkel való egyesítése felé, ugyanígy a jelenkori forradalom az elméletalkotás új szintjére lép. Olyan értelmezést keres, amely egységesebb és teljesebb, mint amire a klasszikus tudományágak töredékes megközelítései és fogalmai épülnek.
A tudomány története folyamán a jelents haladás mindig együtt járt azzal, hogy a kutatók mélyebben és szélesebb körben nyertek betekintést a természet tapasztalati valóságába.
Ez jellemző Galilei, Newton, Kopernikusz és Kepler felfedezéseire éppúgy, mint Einstein, Bohr, Jung, Guth, Hawking és Pribram elméleteire. Az előttünk álló forradalom folytatja a múltból ered kezdeményezéseket: elmélyíti és kiszélesíti a tudományos kutatás alapjait. Az elmúlt évszázadok folyamán a tudományos kutatás következetesen mind mélyebbre hatolt.
Először Démokritosz láthatatlan „atomját” fedezte fel újból Dalton és Lavoisier a légnem anyag alapvető alkotórészeként. Amikor aztán Dalton atomjáról kiderült, hogy hasítható, az alapokat egészen Rutherford atomjáig mélyítették: eszerint az atom még parányibb atommagból és körülötte kering elektronokból áll. A kutatók még mélyebbre hatoltak ebben a században a Planck-féle állandóval, majd a kvarkok, „húrok” és a több mint kétszáz elemi részecske felfedezésével: ezekre mind a nagy energiájú kísérletekben derült fény. És az a mez, amelybe ezek az egyre kisebb és elvontabb létezők be vannak ágyazva – az úgynevezett „nullaponti mez”, amelyről később még szó lesz -, a klasszikus mechanika közömbös euklideszi teréből lassanként átváltozott egy örvénylő, rejtett energiával töltött kvantumvakummá.
És innen hogyan tovább?
Az új tudományos forradalom még korai szakaszában van; egy teljes és hibátlan elméleti keret ma még csak reményteli óhaj. Ismerünk azonban olyan jelzéseket, amelyek szerint ennek az óhajnak vannak reális kilátásai. Ezeket a jelzéseket vesszük most sorra.
Egységesítés a fizikában
Az előttünk álló szemléletváltozásnak az a legbiztosabb jele, hogy a különböző tudományágakban erőteljes kutatás folyik egy egységesebb elmélet irányában. Ez az elmélet sokféle jelzőt kapott már: rendszeres, holisztikus, integrált vagy egyszerűen általános. Sok kutató jobban szereti az egyesített jelzőt. Az új fizika legkevésbé vitatott területéhez tartoznak a „nagy egyesített elméletek” (GUT: grand unified theories). .
Az egységesítésnek – bár nem a „nagy egyesítésnek” -közismert a célja a fizikai tudományok történetében. Minden nagyobb elmélet egységesítette a tudományos közvélemény által ismert tényeket. Ez történt a Galilei által felvázolt mechanikában és a Newton által egyetemessé formált Galilei-féle elmélet esetében; de ez történt Maxwell elektrodinamikájával és Boltzmann termodinamikájával is. Századunk elején Einstein indította el azt a dönt áttörést, amely a 19. századi fizika zavarossá vált világképét egységesítette. Ez volt a speciális relativitáselmélet érdeme, mert a klasszikus fizika által felvetett kérdéseket következetesen és elegánsan oldotta meg, de még inkább az általános relativitáselméleté, amelyben átfogóan és váratlanul találkozott a geometria és a mechanika. Tér és anyag a geometria, illetve mechanika segítségével új és szerves egységre lépett.
A gravitáció korábbi mechanikus erőhatása a geometria egyik elemévé vált: ettől kezdve a tér görbületének tekintették. A tér geometriáját viszont az anyag eloszlásának tulajdonították. Bár továbbra is hasznos dolog volt a térre és az anyagra úgy gondolni, mint különálló valóságokra, a fizikusok lassan rájöttek, hogy ezek elválaszthatatlan, egységes egészet alkotnak.
Minthogy Einstein nem volt megelégedve a geometria és a mechanika egységesítésével, újabb lépésen töprengett, amellyel az anyag valamennyi ismert részecskéjét összekapcsolhatná a téridő összes ismert erőivel egy egységesített mezelmélet időtlen mátrixán belül.
A nagy tudós azonban a négy kölcsönhatás (egyetemes erő) közül csak kettőt vett számításba – a gravitációt és az elektromágnesességet, – így tehát figyelmen kívül hagyta az elemi részecskék gyenge és erős kölcsönhatását. Hogy végül kudarcot vallott, inkább a természet egyetemes erőire vonatkozó téves feltételezésén, nem pedig a vállalkozás megvalósít-hatatlanságán múlott. Amikor nagy egyesített elméleteket állítanak fel, már figyelembe veszik mind a négy egyetemes erőt azoknak a részecskéknek a sokaságával együtt, amelyek létezésére csak századunk második felében derült fény.
A nagy egységes elméletek fogalmi keretet kínálnak ahhoz, hogy a fizikusok egyesíthessék a legújabb kísérletek során megismert részecskéket azokkal az erőkkel, amelyek ezeknek a részecskéknek a kölcsönhatásait szabályozzák. Az egységesítés mind szükségesebbé válik, mert az elemi részecskék hihetetlenül „elszaporodtak”, és kiderült, hogy már mindennek nevezhetők, csak „elemi”-nek nem.
László Ervin
