Ray spangenburg diane k. moser - istoria stiintei (vol.5)

GENERf,If
82
F,?riHtr^klirLNTRU T0'
llllljlllillflillililill
' il 'r "1 fi
Le 'l r*j1:
)g4+15606T
lti$0
in 1676, lsaac Newton i-a scris
lui Robert Hooke: Dacd am vdzut
mai departe, este pentru cd am stat
pe umerii giganfilor. lntr-adevir,
lstoria $tiinlei reprezinti o cronici a
descoperirilor geniale intemeiate pe
ideile predecesorilor. Cercetitorii
din zilele noastre au dat din nou glas cuvintelor lui Newton,
punind accentul pe datoria avuti de fiecare generalie fali
deinaintagi.
ln cadrul acestei lucrdri alcdtuiti din cincivolume sint
prezentali, in ordine cronologici, acegti ,,giganli" gi realizi-
rile lor, modul?n care au evoluat conceptele despre lumea
fizicd, de la filozofia antici la gtiinla supertehnicizatd de
astizi.
ISTORIA $TllNTEl - secolul XX, a cincea din serie,
aduce in discufie cele mai importante progrese ale gtiinfei,
din perioada celui de-al doilea rizboi mondial gi pini in
zilele noastre, subliniind tendinfa din ce in ce mai pronun-
lata de specializare in multiple domenii 9i de utilizare a
informaticii in cercetare. De la studierea particulelor sub-
atomice la misiunile de explorare a spaliului, gtiinfa gi-a
lirgit semnificativ orizonturile.
Amplu ilustrat prin fotografii gi desene, acest volum
analizeazdschimbarea produsi, in timp, la nivelul atitudinii
fald de gtiinli. Astfel, progresele extraordinare inregistrate
pe parcursul secolului XX au atras uneori oprobiul public
din cauza pericolelor pe care le implici acestea, precum
ameninfirile cu declangarea unui rizboi nuclear, scurgerile
de reziduuri, accidentele industriale Si deteriorarea
stratuluide ozon.
O serie deosebit de valoroasd, care trebuie si se afle in
biblioteca oricdrei persoane insetate de cunoagtere.

RAY SPANGENBURG 9i DIANE K, MOSER
ISTORIA $TIINTEI
vol. 5
din 1946 pin[ in prezent
Traducere: CONSTNIIN DUMIRU-PALCUS
EDITURA LIDER
EDITURA CARTEA PENTRU TOTI

i
PROLOC
METODA $TIINTIFICA
... o( hii tIi (tlt ilasclti.t... tttr ttt' rrttti prtlcn intottrtc
trit iodolit lu vccheu r)i:iune ttsttpru ltrnrii... I)or iu .ficc'ure
re'oltrlie u eindirii Stiintifite, cttvinle ttoi :;irtl ttlribtrile vec'hii
nu:ici, ittr L'ecu ce u di.spdrul ntai der)reme ntr este distru.s, ci
re0dus in (attlru! Lttenliei.
A. S. Eddington
Ce estc ;;tiinta? Prin cc clifera ea de alte tipuri de
gindire'l $i ce fcl cle oamcni sint savantii'/ Cum ginclesc qi
cc vor si spunii ci cind discuti despre..activitatca
;ti intr fi ci"?
$tiinta nu inscamna numai cprubete sau aparate ciudatc.
gi nici doar broagtc disccatc ori dcnumiri de specii vegetale.
$tiin{a cstc un mod dt: gindire, o modalitatc vitald - in
lrcrrnanentd cvolutic dc a privi lumea. Este o lnodalitate
tlc a descoperi cum funcfioncazi lumea - o modalitate
irparte, carc foloscqtc un sct de reguli inchipuite dc oamcnii
ilc gtiinta pentru a-i ajuta totodata sa-gi descopere propriile
grc$eli.

e
rsToRrA $TrrNTE|
,.l1turt'n!a le pot .li in,la liilodrc :
ttt'c,stc tlr.ttrci linii ott aceed$i ltttt-
g irne
Oricinc $tie cit cstc dc u$or sf, grc$irn cu privirc la
ccea cc v(]clcm, auzitD stiu pcrccpcm ilttr-un fcl sau aitr.rl.
Dacd nu sintcli convin$i, privili cclc doud linii orizontale
din fi gura de mai slls. Prima arat6 ca o sdgcata
bi-direc{ionald. Ccalaltd are virfurile siigelilor inversate.
Care dintre elc credc(i cd cste mai lungd (f.ird sd includcli
qi virfurilc sigelilor)? Acum mdsurafi-lc pe amindoLrd.
intocmai, celc cloud linii au exact acccaii lungimc. Deoarece
este atit de uq;or sd ne ingelam cind faccm observalii ;i
tragem concluzii, oamenii au plls la punct un sistem, nutnit
,,mctocld gtrinlifica", pentru intrcbarea ,€_u- po! s{ fiu
sigur'}" Dacl v;a{i da ostencala ca intr-adcvdr sd mdsura{i
cele doua linii din exemplul nostru, in loc sd ne credeli pc
cuvint cd liniilc iu acccagi lungime. atunci inseamnd cd
gindili ca un om"de qtiintg.$1 anume, vd testa{i propriile
o"bservafii- Verificali i1f9.1maJja pe care v-am dat-o, con-
form cdreia cele doud linii ,,au exact aceeagi lungime",
folosindu-vd in acest scop de unul dintre cele mai puternice
instrurncntc alc stiintei: cuantificarca sau mdsurarca liniilor.
',, Cu circa 2100 de ani in urm6, filozoful grcc Aristotel
PROI,0(;
a alirmat ci atunci cind cloua obicctc dc grcuta{i dif-critc
sint lasatc sd cada dc la o anLrrniti iniltimc, ccl mai grcu
va lovi primul solul. Era o arguurcntatic dc bun-siur!. Ir-r
dcfinitiv, oricine doregtc si faca un tcst poatc lacc o
,,observalic" gi sa constatc ca daca lagi si cadd simultatt o
f}unza ;i o piatrS. piatra va irtcriza prima. inccrcati ;;i singLrri
in camera dumneavoastrd, cu o foaic dc hirtic ;ii un
prespapier. Totugi, nu mulli au fost grccii carc au {icut un
asefirenea test. De ce sd se mai complicc cind rdspunsul cra
dcja cunoscut? $i, fiind ei nigtc filozofi carc crcdcau in
putcrca minlii ufflane de a rezolva prin ralionqment astfcl
de probleme, frrd a mai fl ncvoic si rccurgd la ,,teste", ,au
considerat cd o ascmenea indeletnicire ar fi inacceptabila
din punct de vcdere inteleCiual 9i sociit.
Citcva secolc mai tirziu, Galileo Galilei, un italian
genial cdruia ii pldcea sa rezolvc singur problemcle care il
preocupau. a fbcut totugi nigtc tcste. Asemenea oamenilor
de gtiin{6 de azi, el nu s-a mullumit sd obscrve obiectcle in
cAderc. Folosindu-sc dc douA bilc dc greutAli dilcritc. dc
un dispozitiv de mdsurarc a timpului r;i de un plan inclinat,
sau o lhmpd, cl a ldsat bildld sd se rostogoleascd pe rampd
gi le-a mdsurat atent migcarea. $i a lbcut asta nu o datd, ci
de mai multe ori, inclinind planul la diferite unghiuri.
Rczultatclc oblinute de el, care qi astdzi continud sd agreseze
btrnul-sim! al multor oameni, demonstreazd cd, dacd,
neghjim rezistenfa aerului, toafe o-Qlg9tele ldsate sE cadd
de la aceeagi inallime vor aJunge la sol in acelagi timp.
Intr-un vid perfect (care nu putca fi creat pc vrcmea lui
Calilei), toatc obicctclc ar c6dca cu acccagi vitczS! Putcli
efectua qi singuri un tcst aproximativ in accst scns (degi nu
este in nici un caz un experinrent precis), mototolind cr

rsToRIA 9TIINTEI
fbaic cic hirtie gi dindu-i drumul sd cadi in acclirqi timp ctt
prcspapicml.
Ilxperimcntelc lui Galilci (pe care lc-a consenrtlat
nrcticulos, pas cu pas) gi concluziilc pe care le-a tras pe baza
aLrcstor cxpcrimente demottstreazi un alt atribut important trl
Etiinlei. Oricine doreqte poate duplica cxperimentul 9i poatc
chiar vci:iffba rezullatelc satr, cdutind ct'ori ori deficienle alc
expcrimentului, sd demonstreze cd acesta cste eronat, par{ial
sau in intregime. Nimeni nu a demonstrat vreodatd ca Calilei
s-a in$elat. $i dupd mul(i ani, Cind ri fost posibil sd se crcczc
incintc viclate (deqi expcrimentele saie au fost dc-ajuns de
corecte ca sd convinga pe toatd lumea cu mult inainte cle
asta), concluziile sale au trecut proba testclor.
Galilci a ardtat nu doar cd Aristotel s-a inqelat. El a
dernJnstiai cum, prin observa!ie, experiment ;i cuantificare,
Aristotel, dacd ar fi dorit, ar fi putut sd-9i dovedeascd sie;i
ci s-a ingelat - gi in felul acesta s6-9i schimbe opinia! Mai
inainte de odce, rnetoda gtiinfifica estc o modalitate de a
tc impiedica sb te arndgegti - sau sd ingddui naturii (ori
altora) sd te amdgeascd.
Firegte, gtiin{a inseamnf, mai mult decit observalie.
expcrimcnt gi prezenlarca rczultatelor. Nimeni nu mai poate
citi azi un ziar sau o rcvista f6rd sa inlcleaga rapid cd
gtiin!a debordeazd d'e,,teorii".,.Un astronom de la
Observatorul X a gdsit noi dovezi care pun sub semnul
intrebirii Tcoria RelativitAtii", spune o revistd. ,,Sistemul
qcolar din statul Y condamnd carfile care acceptd fdra nici
un dubiu Tcoria Evolulionist[ a lui Darwin", relatcazd un
ziar. ,,Rezultate noi gi bizare ale teoriei cuantice spun cd
s-ar putea ca noi s6 nu existdm!", strigd o altd publica{ie.
Ce c cu chestia asta numitd leorie?
PROLOG
PLrtini oantcni de gtiinli nrai prctincl azi ct lblosesc
,,rnctocla ;;ti i n jilica" complct,,dcta;;ata" 9i obiectivit proptrsi
cle lllozoful Francis Bacon gi de allii in zorii revolulici
;tiin{ifice clin sccolul al XVII-lca }9e,1sta ..tne-todd", in
fbrma ci cca mai simpli, sttgcreazi c6, in inccrcarca cle a
rispundc la intrcbarilc ptlsc de tlatttra, ccl care ccrcctcazd
sccretclc naturii trcbuic ca, obiectir' 9i tira prejudcca!i, sI
observc, sd cxperinlentcze 9i sa adune datelc clesprc.
fcnomcnc. ,.Nu fhc nici un fel dc ipotezd". antlnla Isaac
Newton clupi ce a delxonstrat legca univcrsald a gravitaliei,
atunci cind s-a sugerat ci cl iir putca sA aiba rnacar o idec
clcspre ce esle grctvilo1icr. Istorlcii aLl rcmarcat cA. de fapt, I
Ncwton avca citcva idcr, slru ..ipolczL"'. ctt privirc ll posibila
';.
naturi a gravitalici, dar in gcncral le-a finut numai pelltru
sinc. Din punctul dc vedcre ai lui Ncwtou, sc fbcuscra dcja
prca multe ipoteze gi prea putina aten{ie se acotdasc adundrii
atcnte a faptelor gi cifrclor verilicabile.
Cu toate aCestea, astizi $tiln ca oamenii de gtiin{d nu
respcctd intotdeauna cailc simplc 9i limpczi trasate de
,,metoda gtiin!ifica". tJneori, tlc inaintc, rie dupd deslbgr-trarca
cxperirnentelor, un savant are o idee sau o ,.intui1ic" (cu alte
clrvinte, o ipotcza nu tocmai bine pusi la punct) care
sugcreazd o noud abordare sau o calc difcriti dc rezolvarc a
problcmei. Atunci respcctivul om dc gtiin{a va dcsfigr'rra
cxpcrimentelc Ai va aduna date in inccrcarea dc a clcmonstra
sau de a cotrtesta accastd ipotczi. Una dintrc marilc dit-ererlle
dintrc ipotcza omulni dc gtiinli ;;i cca a omuiui obignuit cste
accea ci, pcntru ca o ipoteza gliinffiga sa tie valabila, ca
trcbuic sa fie ,,falsificabiial'. Cu altc cuvintc', ea trebuic sa
irrgkrbezc o antirnita lrrodalitatc prin care sa sc poata tlovcdi
cd e adcvdrat.l
j sau falsa, daca estc falsa.
l
I

rsToRrA $TrrNTE,|
Nu to{i oamenii dc qtiin!5 desfaqoara ei inqigi
cxperimcntclc. De cxemplu, majoritatea teoreticienilor igi
cxpun argumentafia cu ajutorul matematicii. Dar ipotezele.
pentru a fi luate in serios de comunitatca gtiinlific5, trebuie
sd contind intotdeauna seminfele,,falsificabilitalii" prin
cxpcriment ;i obscrvalic.
Pentru a deveni teorie, o ipotezd trebuie sd treacd prin
rnai multc tesie. Trebuie sa fie'verificata prin cxpcrimentc.
cf,cctuate nu doar de un singur savant carc dcsfhgoari
experimentele sau face observafiile, ci gi de allii care
cfectueazd independent alte experimcnte. Abia cind a fost
coniotiAata de nuriieioasc incercdri gi evaludri, ipoteza poate
fi adusa la cunoqtinla comunitalii gtiinlifice, sau a lumii in
general. ca ,,teorie".
Este important sd retinem cd pind gi o teorie poate fi
supusd ,,falsificirii" sau corecliei. O bund teorie, de
exemplu, va face ,,predic1ii" - evenimente pe care cei care
o verifici le pot cduta pentru a-i testa valabilitatea. Pind
cind teorii bine cunoscute, precum teoria relativitSlii a lui
Einstein sau teoria evolulionistd a lui Darwin, sd ajungd in
manuale. elc au supravieluit unei game intregi de verificdri
pind la limita Ia care au deVeiiit'instrumente de lucru pro-
ductive pentru alli oameni de gtiin1d. Dar in gtiinld nici o
teorie nu poate fi acceptatd ca fiind complet ,.dcmonstratd".
Ea trebuie sd rSmind mereu deschisd verificdrilor gi
cercctdri lor ultcrioarc pc mdsurd ce apar noi fapte qi
obscrva{ii. Tocmai accastd calitate a gtiin{ei de a se
autocorecta o face sd fie in acelaqi timp cea mai dificild qi
cea mai productivd dintre tentativele omenirii de a in{elegc
cum funcfioneazd natura. Acest tip de gindire criticd
constituie elementul-cheie al activitAfii gtiinfifice.
PROI,OG
Vcrsiunea caricatttrald a omr-rlui dc gtiin{a portretizat
ca un individ rigid, cu ochelari, ilnbricat in halat alb, sigur
pc infailibilitatca sa, estc cit se poate dc departc de adev.lr.
Oamcnii de gtiin{a, atit barba{ii, cit gi fcmeilc, sint oameni
ca gi noi, de toate rasele, dirncnsiunilc corporale 9i
infa{iqarile, cLl sall fdr.1 ochelari. Ca grup, intrucit
metodologia lor se concentreazd atit dc mult pc descopcfirca
erorilor qi pe gindirca criticA. ci silrt probabil mai congtienfi
decit noi, ceilalli, de cit de u;or este sd te inqeli. Dar lc
place sa aiba dreptate ori dc cite ori este posibil gi le placc
sh aclioncze intru gdsirea rdspunsurilor corecte 1a intrebdri'
Dc obicei, accsta estc motivul pentru care devin'oamcni de
qt iinta.
10

INTRODUCERE
DrN ts46 pixA iN urrIMUL
DECENIU AL SECOLULUI
AL XX.LEA: CAUTAREA CONTTXUA
Anul 1945 a reprezentat un moment de mare bucurie
gi, totodatS, de tristele. Un rdzboi ingrozitor se terminase
in sfirgit - un rdzboi mondial care ucisese milioane de
evrei, distrusese o mare parte din Europa, destrdmase mari
p54i din Asia qi din Pacific, decimase doud oraqe din
Japonia qi omorise milioane de alli soldali qi civili. in sfirqit,
omenirea putea sd rdsufle uguratd gi sd se intoarcd la
treburile curente ale vietii. lar savan{ii se puteau intoarce
la gtiin{a.
Dar ambianfa politicd in care lucrau nu era una paqnicd,
iar starea psihicd a omenirii dupd nenorocirile celui de-al
doilea rdzboi mondial era profund zdruncinatd. Bomba
atomic6, cu enorma ei capacitate distructivi qi consecin{ele
ei mortale datorate radia{iilor, fusese folositd gi lumea nu
putea scdpa de noile nelinigti provocate de existenla bombei.
in 1949, Uniunea SovieticS, cu politica ei declarat agresivd,
INTRODUCERE
testase o bombi atomicd gi intre Statele Unite gi lJniunea
Sovieticd a inceput o cursd a inarmarilor. in Statele Unite,
unii au inceput s6-qr construiasci in curte addposturi
impotriva bombelor, iar cxercifiile de apdrare antiaeriand
s-au pdstrat in rutina gcolilor publice pind in anii cincizeci.
in Europa de Est, Uniunea Sovieticd a instaurat a;a-zisa
,,cortind de fier", o politica a uqilor inchise caracterizatd
printr-o atitudine necooperantd, prin anularea libertalii de
a cdldtori gi a schimburilor economice. Agadar, o dat6 cu
sfirgitul celui de-al doilea rdzboi mondial, a inceput aproape
imediat un conflict de o noud factur6, numit r6zboiul rece.
in 1950 a izbucnit un razboi in momentul in care trupele
nord-coreene, suslinute de China comunistd, au invadat
Coreea de Sud, care era apdratd de trupele ONU. Perioada
anilor '50 qi '60 a fost marcatd de numeroase rdzboaie civile
gi lovituri de stat in America de Sud gi Africa, in multe
cazuri acestea fiind incurajate de cf,tre Uniunea Sovieticd
sau Statele Unite. in a doua jumdtate a secolului, fostele
colonii din Africa, Asia 9i America Latind gi-au ciqtigat
independenja, in cea mai mare parte fdrd vdrsare de singe.
Dar multe dintre ele - cum ar fi Cuba, Tibet, Coreea de
Nord gi mai multe !6ri latino-americane - au inlocuit
dominafia coloniald cu supunerea fa{d de Uniunea Sovieticd
sau China comunistd. Iar in 1962, intreaga planetd a urmdrit
cu sufletul la gurd momentele in care Statele Unite au obligat
Uniunea Sovietici sd recunoascd existenfa unor baze pentru
rachete in Cuba, la doar 90 de mile de coasta Floridei - 9i
a rdsuflat uquratd atunci cind Uniunea Sovieticd a dat inapoi.
Dupd numai citeva luni, cele doud guverne au instalat un
,,fir roqu" intre Moscova gi Washington pentru reducerea
riscului unui rdzboi accidental intre cele doud tdri.
72 13

isToRIA 9TllNTD|
Pentru gtiin{a, aceastd atmosferi de nelini;te a avut
efecte atit pozitive, cit gi negative. Schimbul liber de idei.
teorii gi rezultate intre oamenii de gtiinfd - pentru care s-a
luptat atit de mult de-a lungul secolelor - a incetat o datd
cu intreruperea comunicaliilor dintre Uniunea Sovieticd 9i
Occident. Ziarele, revistele 9i carlile sovietice nu se puteau
gdsi in Occident gi nici viceversa. Cdldtoriile intre cele
doud regiuni au fost drastic limitate. l)ar, ca un aspect
pozitiv, Statele Unite, Europa qi Anglia au recunoscut din
timp necesitatea de a line pasul cu progresele sovieticilor'
$i, mai ales in Statele Unite, tradilia iniliatd de savan{ii
care construiserd bomba atomicd in timpul Proiectului
Manhattan a fost continuatd dupd rdzboi de colegii 1or,
care au imbinat cercetarea pentru ldrgirea orizontului
cunoaqterii cu nevoia de a construi atme qi aparaturi militard
avansatd pentru guvernele lor.
La un moment dat, ins6, lumea gtiinlific6 occidentali
a primit un $oc puternic. Pe 4 octombrie 1957, ruqii au
lansat Sputnik /, primul satelit artificial, pe o orbitd
circumterestr5. Nici o altd lard nu era nici pe departe
pregatitd sd lanseze ceva pe orbit6, exceptind Statele Unite,
unde specialigtii in tehnologia rachetelor aduqi din Germania
dup6 cel de-al doilea rdzboi mondial incepuserd sd lucreze
asiduu atit la rcalizarea unor rachete militare, cit 9i la
primele proiecte timide ale unui program spa{ial civil'
Dintr-o datd, matematica 9i qtiinfa au ocupat un loc central.
indemnali de competifia cu rugii, diriguitorii invdlimintului
occidental au pus din nou accentul pe formarea de tineri
savanfi, in vreme ce in Statele Unite, precursoarea
Administrafiei Nalionale pentru Aeronauticd 9i Spaliu se
strdduia sd recupereze handicapul. Pind in 1961, 9i Uniunea
INTRODUCERE
Sovietica gi Statele Unite trimiseseri in spaliul cosmic mai
mulli oameni (sovieticii avind din nou intiietate), iar in
196l pregedintele John F. Kennedy a anunlat planul de a
trimite americani pe Lund. La cursa inarmdrilor, cele doud
na{iuni au addugat cursa spre Lund 9i Epoca Spa{iala a
inceput cu toatd seriozitatea.
Pentru savanlii planetari 9i astronomi, beneficiul a fost
enorm. intre 1958 Si I976, oamenii de gtiin!6 au trimis 80
de misiuni spre Lund, 8 dintie ele avind echipaj uman. in
urma acestor misiuni s-au oblinut cantitdti enorme de
informalii, inclusiv primele fotografii de pe partea nevdzutd
a Lunii. Au urmat sondele cdtre Venus, Mercur, Marte qi
planetele exterioare mai indepdrtate, trimise atit de la Cape
Canaveral (redenumit ulterior Cape Kennedy), cit 9i din
,,Oragul Stelelor" msesc. Aceqti roboli rdtdcitori au trimis
spre plmint semnale radio conlinind fotografii gi date care
au revolulionat inlelegerea de cdtre oameni a Sistemului
Solar gi a universului de dincolo de acesta.
in 1971, Uniunea Sovietici a inceput un maraton de
experimente in legdturd cu viala in spaliul cosmic intr-o
serie de stalii spafiale, culminind cu stalia spafiald Mir,
lansatd in 1986. in acclagi timp, Statele Unite au trimis 9i
ele trei echipe dc astronauli in intervalul 1973-1974 la stalia
spa{iala Skylab, avind drept scop studierea Soarelui' Iar
incepind cu 1982, Statele Unite au lansat o adevdratd flotd
de vehiculc orbitale, aga-numitele navcte spaliale" Pe lingd
lansarea unui mare num6r de satelili cu misiuni dintrc cele
mai diverse (gtiinfifice, militare sau de afaceri), programele
spaliale ale celor doud lari au colectat informalii prefioase
despre efectele imponderabilitetii asupra organismelor vii
(inclusiv asupra oamenilor), formarea cristalelor, precum
T4
l5

rsroRrA ;TilNTEl
gi din nenumdrate altc domenii de intercs. ln deccniul al
noualea, rnulte altc {dri, printre carc China, Japonia gi In-
dia, gi-au dezvoltat capacitatca de a lansa satelili gi propriile
programe spa{iale.
Toate acestea, intr-un fel, au fost consecinqc pozitive
alc razboiului rece. Caci o data cu incheierea razboiuiui
recc in 1989 pi dupd destrdmarea Uniunii Sovietice din
1991, o parte din motivalia f'afd de intcresul pentru
cxplorarea spatiului cosmic s-a disipat. Stalia spafiala Mir
gi-a continuat activitatea cu marc dificultate la inccputul
ultimului deccniu, iar Congresul Amcrican a rcdus fondurilc
pcntru o stafic spa!ia16 internafionald denumita Freedoln,
care incd nu a fost construitd. intr-o pcrioada in care Rusia
;;i vecinii siii se strdduiau sd edit'icc noi sistenc cconomice
gi noi forme de guvernare, dezvoltarea gtiinlei a inccput sd
rdmina pe plan secund.
in acelagi timp, pe savanlii din lumea intreagd i-a
entuziasmat posibilitatea de a comunica gi dc a coiabora
liber cu oamenii de gtiin{a din Rusia 9i din altc !6ri de dupd
Cortina de Ficr. Ca o ironie, noul flux de informalii a venit
intr-o pcrioadd de reducere a fondurilor.
Iar unul dintre aspectele care au marcat profund
dezvoltarea qtiinfei in a doua jumdtate a secolului al XX-lca
a fost creqtcrea costurilor. Duse erau vrcmurilc cind Galilei,
in sccolul al XVII-lca, putea sd audd dcspre ull nou instru-
ment, sd-gi adunc materialele necesare gi s5-9i construiasci
propriul telescop, dupd care sb faci observafii astronomicc
.l.rpr" care nimeni nu mai auzise pind atunci. incepind cu
anul 1945 a venit epoca Marii $tiinfe. Fizica particulelor,
studiul particulelor subatomice, nu sc putea efectua decit
cu ajutorul unor magini giganticc, acceleratoarele de
particulc, care au inceput sd fie construite, unul dupd altul,
IN7'RODI.]CERE
la Stanfbrd qi Bcrkeley, California, la Batavia, Illinois, la
Geneva, in Elve[ia, precum gi in alte locut'i. in vrcme cc
Europa fbcea eforturi s6-qi revind dc pe urma distrugcrilor
rdzboiului, majoritatea activit6!ilor de pionierat s-a
desfbgurat in Statele Unite, unde s-au strins fizicieni din
Japonia, China gi Europa.
Numai univcrsitalile gi instituliile bine inzcstratc, cu
ajutorul fondurilor guvernamentale, igi puteau permite sd
construiascd accste instalalii uriagc. Industria computerelor
qi a materialclor sen-riconductoare a dcmarat cnergic in urma
progreselor fbcute de f-rzicieni gi ingineri = descoperiri privind
comportamentul electronilor qi mccanica cuantici; desco-
perirea tranzistorului de catre o echipd dc savanli de la
Laboratoarele Bell (din nou, in urma unor ccrcetdri finanfate
de o mare corporalie gi nu ca urmarc a efortului individual
al unei rninli curioase). Iar primul computer comercial pus
in funcliune a fost UNIVAC I, o maqind uriaqi, construitd in
1951 gi achizilionatd de Biroul pentru Recensdminte al
Statelor Unite. incd o dat6, numai nevoile 9i capacitalile
financiare imense ale unui guvern au putut justihca gi finanla
inceputul acestei activitAti specifice. (Astdzi, pentru o sumd
mai micd de 600 de dolari, orice persoani iql poate cumpdra
un computer dc mdrimea unei serviete cu o capacitate de
calcul mai mare dccit UNIVAC l, care umplea o intrcagd
incdpere de mdrimea unei sdli de gimnasticd.)
Perioada cuprinsi intre 1945 9i zilele noastre a fost
caracterizatd dc tulburiri gi schimbdri in care s-au impletit
violen{a gi progresul social.
Drepturile gi libertalile civile au devenit o problemd de
intercs mondial, iar unele progrese s-au fbcut in Statele
Unitc in anii gaizeci sub conduccrea lui Martin Luther
King Jr. gi a altora, dar nu {Erd un cost uneori ridicat.
lt
)
J
I
I
I?
I
t
I
i
i
t6 t7

ISTORTA gTilNTEr
Martjn Luther King a fost asasinat in 1968. Curtea Supremd
a Statclor Unite a ordonat integrarea gcolilor in 1954, iar
trupele fedcrale au fost nevoite sd intervina pentru aplicarea
acestci prevcderi in 1957 la Littlc Rock, Arkansas. in anii
qaizeci, lcgislafia drepturilor civile drn Statele Unite a
stabilit principiul oportunitdlii egale pentru toli cetdlenii in
privin{a accesului la locurile de muncd qi la locuinfe. Iar in
1991, pind gi Africa de Sud a renuntat la legile segrega-
lioniste gi a inceput integrarea gcolilor.
Perioada aceasta a fost totodatd marcatd de asasinate
politice. Preqedintele John F. Kennedy qi fratele sdu, Robeft
F. Kennedy, au fost asasinali - John la Dallas, in 1963, iar
fratele lui in noaptea in care a cigtigat alegerile prezidenliale
primare din California, patru ani ;;i jumltate mai tirziu, in
1968. in India, liderul pacifist Mahatma Gandhi, care a
condus cu succes India in lupta ei pentru independenla faFt
de Marea Britanie, a fost asasinat de c6tre un fanatic in
1948. Extremigtii au lovit din nou, dupd aproape patruzeci
de ani, in 1984, asasinindu-l pe premierul Indira Gandhi
(fErd legatura de rudenie cu Mahatma Gandhi), iar gapte
ani mai tirziu, Rajiv Gandhi, care i-a succedat, a fost gi el
asasinat. Alte asasinate, atentate cu bombe gi deturndri de
avioane din lumea intreaga au avut darul s6 reflectc o
atmosferd de tulburdri. in acelagi timp, insd, forfele militante
pentru pace, independen{d nationala qi autoguvernare au
avut de multe ori cigtig de cauzd,.
Lupta pentru procesul democratic qi autoguvernare a
cunoscut fluctuafii, cu citeva schimbdri semnificative care
au insolit destrdmarea Uniunii Sovietice. in 1986, Corazon
Aquino a fost aleasi pregedinte in Filipine, punind cap6t
unei perioade de 15 ani de lege marliale gi 20 de ani de
guvernare coruptd a lui Ferdinand Marcos. Germania s-a
reunificat in 1990 gi a organizat primele alegeri dcmocraticc
intr-o Germanie unitd de la alegerile din 1932.
in acest timp, gtiinla nu putea rdmine impasibila fala
de toate aceste aspecte politice, sociale 9i morale. Mulli
savanfi au luat pozilie dupa al doilea tdzboi mondial
impotriva cursei aberante a inarmdrilor, printre aceqtia
numdrindu-se Albert Einstein, a cdrui sferd de influenli
este legendard, gi fizicianul danez Niels Bohr. Fizicianul
sovietic Andrei Saharov, care a contribuit la construirea de
c6tre Uniunea Sovieticd a bombei cu hidrogen, s-a pronunlat
in anii 1967-1968 impotriva testdrii armelor nucleare in
Uniunea Sovieticd gi a militat pentru dezarmarea mondiald
- gest pentru care a fost pe nedrept discreditat, persecutat
gi amenin{at. in cele din urm6, cind ;i-a permis sd critice
Uniunea Sovieticd pentru invadarea Afganistanului, el 9i
solia sa, Elena Bonner, au fost puqi sub arest la domiciliu.
Situalia a rdmas neschimbatd pind in 1986, cind spiritul
crescind al g,Iasnost-ului a dus la eliberarea sa.
Pe mdsurd ce extinderea cunoa$terli creeazd noi teme
de preocupare pentru etica gi impune luarea de noi decizii,
gtiinla se apropie de inima gi sufletul societdlii in multe
privinle. Este o roqie clonatd mai bund decit o rogie naturald,
sau ar trebui sd fie consideratd suspectd? Dacd organele
donate pot salva vie{i, cind gi in ce circumstanle pot fi ele
prelevate de la donatori? Jinind cont de accidcntele nucleare
de la Three-Mile Island (Pennsylvania) din 1979 qi de la
Cernobil (in apropierea capitalei ucrainene Kiev) din 1986,
mai pot fi considerate sigure centralele electrice nucleare?
in a doua jumdtate a secolului al XX-lea, gtiin{a a fost
de multe ori privitd atit ca erou, cit qi ca rdulicdtor. Pe de
o parte, qtiinla a permis progrese tehnologice imense - de
la electricitate la compact discuri, de la automobile la
t8 l9

rsToRrA 9TrrNTE,|
avioanc gi la explorarca spatiuh-ri cosmic, de la contunica{iile
prin satclifi la faxuri -, iar pc de altd parte este invinuitd
pentrLl disparilia ,,vie{ii sirnple, naturale". Dar ciclurile
continud: descoperirile genereazd noi tehnologii, care la
rinclul lor permit noi descoperiri, intr-un gir de salturi sprc
viitor. Procesul necesitd o noud infelegere a efectelor
propriilor noastre activitAti, noi atitudini de grija fafa de
plancta noastri gi o noud responsabilitate pentru efectele
ac{iunilor noastre asupra vecinilor - responsabilitdli pe care
adesea precursorii nogtri, cu ,,via{a lor simpld", in care
principalele activitdti se rezumau la tdierea pddurilor gi
planificarea defectuoasd a culturilor, nu le-au inleles.
A doua jumdtate a secolului al XX-lea a fost o perioadd
dc explorare a celor mai fundamentale componente ale
universului, a esenfei din care sint alcdtuite lucrurile. Leucip
gi Democrit credeau c[ intreaga materie estc compusd din
atomi, pe care gi-i imaginau ca pe nigte particule minus-
cule, solide gi indivizibile. in secolul al XIX-lea, John
Dalton a crezut sd qtie ce este acela un atom: cea mai micd
unitate a unui element chimic. Dar in ultimii ani ai secolului
al XIX-lea, chimiqti gi fizicieni ca Marie gi Pierre Curie qi
Henri Becquerel au observat cd atomii anumitor elemente
pdreau s5 degaje o parte din ei ingigi printr-un proces pe
care astdzi il numim dezintegrare radioactiv5. Savanfii gi-au
pus intrebarea: dacd un atom este indivizibil, cum poate
degaja o parte din el insugi? Era o evident6 contradiclie gi
in primii ani ai secolului al XX-lea s-a pregdtit terenul
pentru schimbdrile revolulionare in felul in care savan{ii
inlelegeau atomul. Mai intii au fost descoperili electronii,
urma{i de un nucleu compus din protoni gi neutroni.
Dar pe la 1945, explorarea noii lumi din interiorul
IAITRODI]CERE
atomului abia incepuse. Astdzi, circa 100 de particule
subatomice sint cunoscute, gi despre multe altele se crcde
cd ar exista. Povestea descoperirii lor ar putca fi comparatd
cu o intriga poli{istn complicatd gi palpitantd, care a
preocupat cele mai luminate minfi ale secolului.
in acelagi timp, uriaqele progrese tehnologice din in-
dustria rachetelor gi gtiinfa spafiului cosmic au permis
astronomilor, cosmologilor gi specialigtilor in gtiinlele
planetare sb exploreze universul mai indeaproape decit
Galilei, Kcpler sau oricare alt mare observator din trecut ar
fi putut visa cd cste posibil
Pe dc alt[ parte, in gtiinlele viefii, cercetdtorii s-au
intrecut in descoperirea structurii constituenlilor fundamen-
tali care controlcazd formele de via!6. in 1946 se ,stia deja
de doi ani cd arhitectul suprem al lipturilor vii era o
moleculi cunoscutd sub numele de acidul dezoxiribonucleic,
sau ADN - o substanfd complet necunoscutd inainte de
prima jumatate a secolului al XX-lea. Iar structura accstuia
a continuat sd rdmind un mister la inceputul celei de-a
doua jumdtdli a secolului. Dar in scurt timp va fi descoperitd
dc cdtre James Watson qi Francis Crick, gi noul domeniu al
biologiei moleculare avea sd devind virful de lance al
gtiinfelor vie{ii pentru restul secolului.
Astdzi sint activi tot atifia oameni de gtiinla ci{i au
existat in intreaga istorie a gtiin{ei. in 1987, circa 264 900
de studenli gi-au luat doctoratele in gtiinla sau inginerie de
la universitifile americane. $i peste 103,9 miliarde de dolari
au fost cheltuili cu cercetarea gi dezvoltarea in 1988 in
Statele Unite, prin comparalie cu numai 62,4 miliarde de
dolari in 1970, la valoarea constantd a dolarului din 1982.
Sute de specialitdli din domenii de virf, ca tehnologia
20 21

rsToRrA 9TrrNTE,|
informafionala gi rlicrobiologia, astrolizica gi fizica
particulclor, atrag tinerii inseta{i de cunoagtere.
in accasth scurtd carte va fi posibil sd explordm doar
trttele dtntre extraordinarcle dcscoperiri din a doua jumdtate
a sccolului al XX-lea .- in lumina exploziei noilor
descoperiri gi a intrebdrilor incitante apdrute in fiecare zi.
La sfirgitul accstui volum am sugerat citeva cdr{i pcntru o
cxplorare mai detaliatd, precum qi alte surse informative,
cum ar fl reviste gi organizalii. Speram sd le consultali qi
pe acestca pentru a descoperi singuri o parte din
complexitatca fascinantd qi din intrebdrile incintatoare pe
care le pune univcrsul in care trdim. Cdci gtiinla nc oferd
tuturor, fie cd avem sall nu dc a f-ace direct cu gtiinla, o
fbreastrd speciala asupra Lumii care ne ingdduic sd vcdem
gi sa infelegcrn pc cdi care altfel ne-ar fi inaccesibile. Este
o modalitate deosebitd ;i unicd de gindire, specificd omului.
Aceastd carte, ca gi celelalte volume din seria intitulat5
Pe umerii giganlilor, analizeazd fclul in care oamenii au
pus la punct un sistem pentru deslugirea modului in care
funclioneazd lumea, folosindu-se atit de succese, cit qi de
eEecuri. Vom cerceta teoriile pe care aceqti oameni le-au
suslinut, uneori corecte, altcori eronate, precum gi felul in
care am invd{at sd testdm, sd acceptdm gi sd construim pc
baza acelor teorii - ori sd le corectdm, sd le extindem sau
sa le simplificdm.
Vom vedea, de asemenea, cum savan{ii au invdfat din
greqelile altora, uneori fiind nevoifi sd renunfe la teorii
care pircau logice cindva, dar ulterior s-au dovedit
incorecte, inqeldtoare sau infructuoase. in toate aceste
privinfe, ei au construit pe umerii altor oameni de gtiinla -
giganfii care i-au precedat.
PARTEA I
$TIINTELE FIZICE DIN
1946 PINA IN ULTIMUL
DECENIU AL SECOLULUI
AL XX-LEA

C]APITOLTJL I
LUMEA SUtsATOMICA:
UN IMENS FURNICAR
DE PARTTCULE
Sr.rb cttrbura lur-rgi a nragistralei rttticrc inlcrstatc 180
clin pcninsulir San Francisco, o clnclirc lungi'r clc patrti tl-rilc
1r-avcrscazi coamelc linc alc clcaltrrilor l-os Gatos.
Miiloritatca oatncnilor nici trlt vid corlstrtrc!ia banala clin
bcton atuuci cind trcc pc clcasupril ci, tar atttl.tci citlcl tl vitcl.
nu :;i:sizcrtzit crtracirclitriit'a ci lttngitlc 1i nici tl-lttt crttlt sll
':csizczc
ntilioattclc tle: erlcctrtllti carc gorrcsc pl-itr ttlrlclc cu
{i vitczai cltlc f ltcc clr r clticitltrlc rlc tlcasrtpl'a sI llarli ci sc
:lilcl-r cu iucctinclill trtclc,-tltri. Accastit risipa clc bcltin bnitl
cc sc lntiuclc pcstc ttrfiptrrilc tic t.llallzanita;i panti'-lc
licopcritc dc iarbir ntt arc ltn llspcct rctlrarcabil. chiar ;i
1-rcrrtru cci ciirc o ttbscrva ttltr-r1i, cxccptind lapttrl clr cstc ctt
rnrrlt mai lungii dccit cllrclililc ttortrtalc 5i t.ttt rrc nici co1ltrri.
nici cnrburi.
Dar. cle tirpt. cstc absolut rct-rlarcabila-r. Accasti clilclirc.
pc carc prictc:nii o cletrrtrncsc sirrrplrr..SLAC"', atlipostc;tc
r-rnul ciin rdspunsrtrile fizrcienilor colltcl-nporiltti la o intrcbarc
ta
_ -)

rsToRrA gTilNTE|
vcclle dc cind lumea: cum sd vedcm ccl rnai mic constitu-
cnt al materiei - minusculcle ,,cdrdmizi" constituente din
carc sint alcdtuite toate ccle? Uriagul SLAC (the Stcuford
Lirrcur Accelerutor Center - Acceleratorul Linear Central
de la Stanford) pune la dispozilia noastrd o fereastrd prin
care pot fi vdzute particule de dimensiuni infinitezimale -
particulele clementare, cum li se spune - care alcdtuiesc
atomul.
ixcnpurut, cAurArur
Dar sd ne intoarcem pulin in timp. La inceput (sau
aproapc de inceput, cel pufin din punctul de vedere al
istoriei gtiintei), in timpul grecilor antici, ull anume Leucip
qi discipolul sdu Democrit au propus ideea cd totul ar trebui
sd fie alcdtuit din nigte cdrdmizi constituente foarte mici,
universale, gi au denumit aceste particule minuscule, dure
qi indivizibrle atomi (de la cuvintul grecesc atontos, care
inseamnd ,,indivizibil"). Prea mici pentru a fi vdzufi cu
ochiul liber, atomii erau ceea ce se oblinea atunci cind
descompuneai gi iardgi descompuneai orice material in
parfile lui componente, pind cind devenea imposibil s6-l
mai descompui.
Asta se intimpla cam cu 2400 de ani in urmd, iar ideea
a prins greu. Majoritatea ginditorilor din vremea aceea gi
cci din secolele urmdtoare nu au pus mare pre! pe respectivul
concept, dar spre sfirqitul secolului al XVII-lea interesul
fafa de el a crescut. Chimistul britanic Robert Boyle era un
atomist, iar ideea ii plScea qi lui Isaac Newton. in lucrarea
Optiks, publicatd in 1704, Newton igi exprima credinla cd
intreaga materie este compusd din,,Pafticule solide, masive,
dure, impenetrabile, mobile" pe care le considera solide
LIJMEA SURATOMICA
Acceleratorul Liniar
Central de la Stanfurd
,,incomparabil mai dure dccit orice Corpuri poroase compuse
din ele". Dar nici Neu'ton nu gtia cum sd sc uite la aceste
particule despre care credea ci existd. Aga incit fizicienii
au continuat sd studieze relaliile dintre energie 9i materie,
dintre cauzd gi efect. in acelaqi timp, chimigtii au continuat
sd caute ceea ce a ajuns sb poarte numele de ,,elemente".
Ceva mai pulin de un secol mai tirziu, John Dalton, un
chimist excentric ai incipdfinat, a propus, pentru prima
oarA, o teorie atomicd ce putea fi testatd cantitativ. Dalton
a definit atomul ca fiind cea mai micd unitate a unui ele-
ment gi gi-a publicat prima listd a maselor atomice pentru
27

rsToRrA 9TilNTE,I
elcnrcntele cunoscllte la vrernca aceea. Lucrarca sa a
constituit cheia dc boltd pentru descoperirea zecilor de noi
clcmcnte carc a avut loc in secolul urmdtor. Dar nici Dalton,
nici contemporanii sdi nu au inteles cd ceea ce Dalton
dcnumea ,,atom" nlt era,,atomul" indivizibil al lui Leucip
gi Dcmocrit, cea mai micd particuld care putea fi gdsitb in
naturd.
Primclc indicii cd lucrurile nu stdteau a$a au inceput
si apala la sfirgitul secolului al XIX-lea, o dati cu
descoperirea razelor X gi a altor forme de radiafii. S-a
dovedit cd radiafia era compusd din particule emise de
atomi. Dacd atomii puteau emite particule, insemna cd nu
erau indivizibili. Exista cevo mai mic. in 1897, fizicianul
cnglez J.J. Thomson a demonstrat existenta electronului, o
particuld micd, ugoard, cu sarcind electricd negativd, care
are masa egalS cu o micd fracfiune din masa atomului de
hidrogen. Aceasta nu explica de unde proveneau particulele
radioactive, dar cra un inceput. $i aga a inceput domeniul
de studiu aI frzicli particulelor subatomice.
in 1911, neozeelandezul Ernest Rutherford a conchis,
in urma experimentelor pe care el gi echipele sale de
cercetare le-au efectuat la Universitatea McGill din Canada
gi la Universitatea Manchester din Anglia, cd atomii erau
in cea mai mare parte goi pe dinluntru, cu electronii
incdrca{i negativ ai lui Thomson rotindu-se pe orbite,
asemenea unor planete minuscule ale unui sistem solar
miniatural, gi un nucleu in centru, compus din particule
pozitive (denumite protorti).
Danezul Niels Bohr, care a venit la studii in Anglia in
1912, era unul dintre pufinii fizicieni care agreau ideea
unui atom compus in cea mai mare parte din spatiu vid. in
LUMEA SIJBATOIVIICA
1913, cl a propus o vcrsiune imbunatafitd a modelului
atomic al lui Rutherford, care prcsupunca un nuclcu ccn-
tral pozitiv inconjurat dc electroni orbitind pe difcrite
niveluri energetice specifice. Modelul lui Bohr combina
electronii lui Thomson gi dovczile experimentale ale lui
Rutherford cu privire la existcnfa unui nucleu pozitiv, cu
tcoria cuanticd propusd pentru prilna oard de Max Planck
in 1900. Ideea care sta la baza teoriei lui Planck este cd se
poate explica comportamentul atomilor - 9i modul cum
interaclioncazd particulele subatomice - considerind fotonul
(pachetul minuscul de energie care asigurd transportul
luminii ;i al oricdrei forme de energie electromagneticd)
atit ca undd, cit qi ca particuld, nu una sau cealalta. Degi
ideea pare stranie, teoria cuanticd explicd numeroase
fcnomene care altfel nu au nici o explicafie gi in cele din
urmd a revolu(ionaI fizica.
in al treilea deceniu al secolului al XX-lea, fizica a
cunoscut o serie de transformdri care s-au succedat rapid.
Noi particule au fost descoperite una dupd alta; 9i cu hecare
noud descoperire, ideile despre cum ar trebui sb arate atomul
au trebuit revizuite. in scurl timp, noua viziune daltoniand
asupra atomului nu mai semdna deloc cu particula
fundamcntala indivizibild, in formi de bila de biliard, a;a
cum fusese inchipuitd de Leucip 9i Democrit.
in 1930, bazindu-se pe studiul sdu asupra datelor
experimentale, Wofgang Pauli a venit cu ideea cd o particuld
ciudatd necunoscutd trebuie cd este degajata in cursul
emisiilor beta radioactive, o pafticulS lipsitb (sau aproape lipsitd)
de masd, fdrd sarcind qi practic fbrb interacliune cu orice
altceva. El credea cd o asemenea particuld ar trebui sd existe
pentru a explica pierderea de energie dintr-o reac{ie - altfel
28 29

rsToRrA $TilNTE|
trebuia sd se renunle la legea conservarii energiei, o
eventualitate pe care el nu voia sd o sugercze. Patru ani
mai tirziu, Enrico Fermi a confirrnat aceasta idee numind
particula minusculd neutrino, care inseamnd ,,micutul
neutru" in italiand, Iimba maternd a lui Fermi.
Neutrinii nu au putut fi detectali ani de-a r?ndul gi
nimcnr nu le-a putut dovedi existenfa. La inceput au fost
dintrc aceia care au bdnuit cd Pauli a apelat la un giretlic
,,contabilicesc" - a ndscocit ceva pentru a scoatc basma
curatd balanfa energeticd. Dar iatd cd in 1956, folosindu-se
o centrald cnergeticd nucleard, a fost desfr$urat un experi-
ment complicat care a dovedit existenta fantomaticului
neutrino. iar Pauli a fost rdzbwat.
De asemenea, in 1930, pomind de la o teorie propusi de
Paul Dirac, un fizician britanic in virstd de 28 de ani, a
apdrut ideea unei alte particule ipotetice, similard cu
electronul, dar avind sarcind pozitiv5'. De fapt, bazindu-se pe
eforturile lui Dirac de a face ca teoria cuanticS gi relativitatea
sd lucreze in tandem, fizicienii au ajuns la concluzia uluitoare
cd oriunde existd materie trebuie sd existe gi reflexia ei in
oglindS, care a fost denumitd antimateria. Ideea de
antimaterie, conform laureatului premiului Nobel Wemer
Heisenberg, a fost ,,probabil cel rnai mare dintre toate salturile
din fizica acestui secol". in pofida exceptionalelor capacitdli
matematice ale lui Dirac, ideea a intimpinat unele contestdri.
Dar, in lg32,tindrulftzician Carl Anderson tocmai frcea un
experiment cu un magnet puternic qi o camerd cu ceatd la
Institutul pentru Tehnologie din California cind a vdzut-o -
sau cel pufin a vdzut urmele unei particule subatomice care
pbrea a fi un electron, dar era atras de magnet in sens invers.
El qi-a denumit aceastA noud particuld, poz.itron.
LUMEA SLIBATOMICA
Tot in 1932, in acelagi timp, James Chadwick de la
Univcrsitatea Cambridge a descoperit dovada indubitabila a
existenfei unei alte particule lipsite de sarcind, localizatd in
nucleele majoritalii atomilor. A denumit-o trcutron. Aceastd
particulS era u$or de detectat gi explica o mullime de
fenomene, inclusiv discrepanfa dintre numirul atomic ai masa
atomic6 pe care nimeni nu o inlelesese. Numdrul de electroni
cu sarcind electricd negativd echilibra numdrul de protoni
incdrcali pozitiv din nucleu, dar toli atomii, cu excep{ia celui
de hidrogen, aveau o masd cel pufin dubla fa!6 de cit puteau
justifica aceste particule. Deci, de unde provenea toatd aceastd
mas6? Acum rdspunsul p6rea limpede: de la nigte particule
neutre electric existente in nucleu.
Existen(a neutronilor a fost doveditd uqor, iar dovezile
lui Carl Anderson privind existenla pozitronului erau greu
Hideki Yukata (1907 l98l) a deschis drumul .fizicienilor intr-o lungd
Si .fructuoasd cdutare a partiurlelor .fundamenlale
30 3l

rsToRrA $TrrNTE|
de contestat. Pu{ini flzicieni rdmdseserd sccptici cu privirc
la ner-rtrinri lui Pauli. Dar, chiar qi cu aceste adaosuri,
numirul de particulc fundamentale din interiorul atomului
pArca ugor de stapinit.
Nurnai ca in anii urmdtori ioatc acestea avcau sd se
schimbe. in 1935, Hideki Yukawa (1907-1981), un tinar
flzician dc la Universitatea din Kyoto, a propus o solufie
la o problema importantd: Ce anume lega atit de strins
protonii gi neutronii din nuclee? Heisenberg a sugerat cd
dacd nucleul con{ine numai protonri pozitivi qi neutronir
lipsili de sarcini ai lui Chadwick, atunci nucleul nu ar
con{ine decit sarcini electrice pozitive. $i tinind cont cd
particulele incdrcate cu acelagi tip de sarcind se rcsping, de
ce nlr zboard aceste particule in direc(ii opuse? Atunci
Yukawa a sugerat cd, poate, in interiorul nucleelor se
cxercitd un fel dc ,,forfe de schimb" - dar ce erau acestea
gi cum anume functionau nu a spus niciodatd.
Yukawa s-a gindit c5, dat fiind cd forfele electro-
magnetice obignuite implica transferul de fotoni, atunci
in interiorul nucleelor ar trebui sd opereze un soi de ,,forte
nucleare" care presupun transferul unui alt tip de entitate.
Aceasta forla nucleard trebuie sd ac{ioneze numai pe
distanfe foarte scurte - respectiv de dimensiunea unui
diametru de nucleu (adica clrca zece trilionimi de
centimetru). in acelaqi timp, ea trebuie sd fie remarcabil
de puternica - suficient de puternicd incit sd find laolaltd
protonii a cdror sarcind pozitivd i-ar for{a, in mod normal,
sd se separe. $i, pornind de la rezultatele experimentale,
aceastd forld ar trebui sd scadd brusc o datd cu cregterea
distanlei, astfel incit dincolo de perimetrul nucleului nu
s-ar mai face simlitd deloc.
LUMEII SUBATOMICA
Yukawa a elaborat o teorie confbrm cdrcia dovezile
privind aceste forle apar atunci cind particule sint transf-cratc
irrtre ncutronr q;i protoni, in arnbele sensuri. Masa accstor
particuie, spunea el, ar depinde de distanJa la care ac{ioneazd
aceste forte. Cu cit distan{a este mai micd, cu atit mai mare
ar trebui sd fie masa. Pentru a acfiona pe o distanld egald
cu diametrul nucleului, particulele transportatc ar trcbui sd
aibd cam de 200 de ori masa electronului gi circa 1/9 din
masa unui neutron sau proton.
Forta cu razd scurtd de ac{iune care..transporta aceste
particule a ajuns sd fie numitd, logic, fora ture. Cit despre
particula lLri Yukawa, timp dc ci{iva ani a fost denumitd
Yukon, in onoarea sa, dar denumirea de ntezon este cea
care s-a pdstrat, referindu-se la faptul cd mczonii, a$a cum
se infelegea la acea datd, ar avea o masi intermediari intre
rnasele protonului qi electronului. (De curind a cdpdtat
denumirea de ,,particula lui Yukawa"). $i iatd cd, in anul
urmdtor, folosind exact acelagi echipament cu care observase
traseele pozitronilor, Carl Anderson a descoperit dovada a
ceea ce credea ci este mezonul. Aga cum a reiegit ulterior,
noua particulS a lui Anderson nu era un mezon, ci o altd
particulS, muon, iar particula lui Yukawa nu a fost
confirmatd decit in 1947.
Pind in 1947 , lista particulelor constituente ultime ale
materiei gi radialiei se extinsese pentru a include electronul
qi geaminul sdu, pozitronul, protonul, neutronul, muonul,
pionul, neutrino gi fotonul. Aga cum s-a dovedit, acestea
nu erau toate atit de elementare pe cit le considerau fizicienii
de atunci. Nu a trecut rnult pind cind s-a descoperit cd
protonii, neutronii gi mezonii se descompun in constituenli
gi mai mici. Yukawa a deschis drumul cdutdrii particulelor
3Z JJ

rsToRrA $TilNTE|
sllbatomice fundamentale care, curind, au ajuns sd se numere
cu sutele. Dalton ar fi fost uluit sd-gr vadd acum particula
fundamcntala ultinra.
Astfel a inceput intrarea noastrd in lumea subatomicd
* bizard, absurdd gi uluitoare. in scurt timp, fizicicnii au
adoptat o noud nomenclaturd pentru a descrie lumea
minusculd a particulelor subatomice gi a fortelor care
acioneazd, acolo. Au inceput sd vorbeascd de particule
minuscule cu denumiri cu sonoritate bizard - leptort, t?tuon,
pion, gluon qi, cel mai fantastic dintre toate, cluorkul -
despre care discutau in termeni de strcmietctte, fannec, culori
Si arome.
TRIUMFUL CIPULUI
$I AL COMPUTERULUI DIGITAL
in 1948, trei cercetdtori de la Laboratoarele Bell din
New Jersey au fbcut o descoperire uluitoare. William
Bradford Shockley, John Bardeen gi Walter Brattain au
constatat cd pot folosi anumite cristale impure care si
lucreze in acelagi fel in care Thomas Alva Edison a ttllizat
tuburile vacumate: ca dispozitive electronice, sau
tranzistoare, care controleazd fluxul de electroni. Aqa a
luat nagtere electronica semiconductorilor in stare solidi.
Consecintele au afectat aproape toate aspectele viefii
noastre, de la bucStdrie la automobile gi afaceri la
comunicalii gi spafiul cosmic. Imediat, aparatele de radio
s-au transformat din piese de mobilier voluminoase, pe care
oamenii le agezau in camcrele de zi, in nigte cutii de mici
dimensiuni care putea fi purtate oriunde. in scurt timp
televizoarele s-au micgorat destul pentru a incdpea in
I,IJMEA SUBATOMIC,i
buzunarul camSgii. Dar una dintre influenfele cele mai
putemice s-a exercitat asupra uriagelor calculatoare digitale
care incepuserd sd funclioneze pentru diferite institulii,
precum Biroul pentru Recensiminte al Statelor Unite, bdnci
gi corpora{ii mari. Calculatoarele digitale gi-au gdsit locul
incepind cu anii patruzeci in manipularea bazelor de date
in care milioane de tranzac{ii puteau fi urmirite gi accesate.
Dar computerele cu tuburi electronice vacumate consumau
cantitd{i imensc de energie, necesitau incdperi uriage cu
aer condilionat gi deveniserd notorii prin lipsa lor de
fiabilitate - timpul in care erau defecte il depagea pe cel in
care erau funclionale.
Descendentul fiabil al tranzistorului - microcipul - a
ticut in curind computerele mai icftine qi incredibil de
mici. Astdzi, cu o sumd mai micd de o mie de dolari,
oamenii igi pot cumpira computere pe care le pot instala
acasd sau labirou, pe o masS, gi care au de 30 pina la 100
de ori memoria gi viteza computerelor din anii patruzeci,
care umpleau incdperi de mdrimea unei sdli de gimnasticd
gi costau milioane de dolari. Pe de altA parte, in anii
patruzeci, toate computerele erau programatc folosind
circuitele electronice gi stocau datele in niqte dispozitive
magnetice de mari dimensiuni. Datele erau introduse prin
intermediul unor cartele perforate. Primul limbaj de
programare a fost inventat in 1956 gi permitea unui com-
puter sd aibd multe funclii diferite, iar in 1970 au devenit
posibile introducerea datelor direct prin intermediul
tastaturii gi stocarea datelor pe discuri flexibile. in ultimul
deceniu al secolului al XX-lea, discurilc dure, cu capacitdli
de stocare intre 120 gi 200 milioane de bytes, au devenit
comune in calculatoarele de birou.
34 35

rsToRrA $TilNTE,|
Astdzi, putine sint firmcle carc rclr$csc cd se mai
dcscurce fira sd fbloseascd cel pu(in Lln computer. Milioane
dc f-amilii au asemenca calculatoarc. Iar pcntru oamenii dc
;tiinfa, cor-nputerele personalc ai cclc mai mari, de
dirnensiuni medir, au cdpStat o mare utilitate in construirca
teoriilor gi explorarea posibilitatilor prin folosirea
modelarilor computerizate. Prin construirca unui modei.
savan{ii pot desfe$Llra adevirate scenarii de tipul ,,cc-ar fi
daca..." pcntru orice fenomen, de la fbrmarca planctelor la
prediclii despre migcarca pldcilor tectonice sau viitoarca
cvolu{ic a ef-ectului de scrd.
Cel rnai rrarc impact al tehnologici electronicc de stare
soficl5 s-a produs in domeniul computerelor, dar dispo-
zitivelc semiconductoare. sau microproccsoarele, sint pestc
tot - in aparatele de radio, televizoare, cuptoarele cu
mi crounde, automobile, videocasetofoanc, radiocasetofoanc,
CD-playere, telefoane, termostatc programabile qi aga mai
departe. $i tot mai multe aplicalii apar in fiecare zi.
CUANTELE SE ALATURA TEORIEI
LUI MAXWELL
in timpul razboiului, intre anii 1941 gi 1945, Statele
Unite au adunat la Los Alamos, in regiunea nordicd centrald
a statului New Mcxico, cel mai prodigios grup de ltzicieni
reunit vreodatd in vederea unui proiect. Obiectivul lor era
construirca unei bombe atomice - sau mai exact cu fisiune
nuclearh - inainte ca fizicienii din Germania nazisti sa facd
acclagi lucru. Proiectul Manhattan, culrr a fost numit, a reugit,
prin-rul test efbctuindu-se in iulie 1945. Totuqi, guvernul
Statelor Unite nu a folosit rezultatele pentru a infringe
LIJMEA SUBATOh,IICA
Gcrmania nazist6, care capitulasc clcja cu doud luni mai
dcvreme, ci pentru a pune capdt rdzboiului cu Japorria.
Din echipa de savanli care au colaborat strins, concen-
trindu-se asupra unui singur obiectiv, a rezultat un grup de
flzicicni printre care se numdrau atit pcrsonahtali marcante
ale fizicii (ca Enrico Fermi gi Hans Bethe), cit gr tineri, cu
minfi inovatoare (ca, de exemplu, Richard Feynman).
Richard Feynman a devenit curind cunoscut ca unul
dintre vajnicii luptdtori care se inrolaserd in aga-numitul
,,rdzboi impotriva infiniturilor" - strddania de a gasi o teorie
carc sd uneascd teoria cuanticd cu cclebra teoric a cimpului
clectromagnctic, elaboratd incd din secolul al XIX-lea de
cdtre James Clerk Maxwell.
Prin 1946, cele doua mari revolutii din fizica secolului
al XX-lea - respectiv mecanica cuanticd gi relativitatea -
produseserd deja un elect profund asupra imaginii noastrc
mentale despre particulele subatomice. Werner Hciscnbcrg,
cu al sdu ,,principiu al incer-titudinii", stabilise cd, un elec-
tron nu poate fi gindit ca avind in acelagi timp o anume
vitezd gi pozilie in exact acelapi timp in spafiu; in schimb,
putem cunoa$te numai o probabilitate cu privire la pozilia
in care s-ar putea afla. De asemenea, conform legilor
cuantice, un fenomen cunoscut ca ,.particule virtuale" poate
fi creat imprumutind energia necesard - acestea prind
,,viatd" doar o infimi frac{iune de secundd pentru a dispbrea
la fel de brusc. Aqa incit poate exista un electron real, a
carui pozi{ie exactd sd nu o gtim niciodatd, inconjurat de
un roi de fotoni tranzienli virtuali. Fotonii (particulele-me-
sager ale luminii) ne dau de gtire cd electronul se afld
acolo. Totodatd, ei modificd foarte u$or propriet5lile
acestuia, iar aceste modificdri pot fi determinate prin
36 37

rsToRrA $TilNTE|
mdsurltori atcnte gi prectsc, apoi analizate prin intermediul
unor calcule teoretice laborioase. Toate acestea complicd
enorm procesul de mdsurarc a electronului tizic, obscrvabil
intr-un experiment.
Dacd toate acestea vi se par confuze, consolafi-vd cu
gindul cd nu sinteli singuri, dimpotrivd sinteli in compania
unor mari inteligenle. ,,fElectronii gi lumina] se comportd
intr-un fel care nu seamdnd cu nimic din ceea ce afi mai
vizut", avea sh le spund Richard Feynman studenlilor shi
citeva decenii mai tirziu. ,,Experienla voastrd cu lucrurile
pe care le-afi vdzut inainte este incompletd. La scard
infinitezimalS, lucrurile se comportd pur gi simplu diferit."
Simplificarile gi metaforcle nu prea mai funclioneazd, a
precizat in continuare Feynman. De fapt, atomii nu sint ca
nigte sisteme solare, ca nigte arcuri ori ca nigte uori. Doar
o singurd simplificare este valabild, spunea el: ,,Electronii
se comportd in aceasti privinlS in acelaqi fel ca qi fotonii;
amindoi sint ciudali, dar exact in aceeagi manieri... Cred
cd pot afirma fErd team[ cd nimeni nu in]elege mecanica
cuanticd... Vi voi spune cum se comportd natura. Dacd veli
admite pur gi simplu cd poate este posibil sd se comporte
aqa, ve{i gdsi cd este un lucru incintdtor gi fascinant. Nu vd
mai tot intrebali, dacd puteli evita acest lucru, <<dar cum e
posibil aga ceva?>, pentru cd vefi ajunge pe un drum
infundat din care nimeni pind acum nu a reugit sd ias6.
Nimeni nu gtie cum e posibil aga ceva."
Dupi care Feynman mergea mai departe pentru a ardta
cum experimentele, calculele, toate dovezile converg spre
concluzia cd aceast6 lume minusculd, care func(ioneazd
diferit de tot ceea ce cunoa$tem, funclioneazd intr-adevdr
aqa. De fapt, opera lui Feynman, electrodinamica cuantici
LLIMEA SUBATOMICA
Richord Feynntan la Los
Alamos
(pe scurt, QED, acronim de la rluantum electroclytrtntics),
a reunit intr-o formulare tcoreticd elegantd toate fenomenele
legate de undele luminoase, undele radio, magnctism r;i
electricitate. in acelagi timp, independent gi separat, doi alli
savanli lucrau Ia aceleagi teorii: newyorkezul Julian Seymour
Schwinger gi fizicianul japonez Shin'ichiro Tomonaga.
Shin'ichiro Tomonaga (in centru, cu mina ridicatd) a impdrlit in 1965
premiul Nobel pentru fizicd cu Richard Feynman Si Julion Seymour
Schwinger pentru realizdrile in domeniul electrodinamicii cuantice
38 39

rsToRrA $TrrNTEI
Schrvingcr (n.l9l8), un copil-minune, a intrat la
CoiegiLrl Oraqului Nclv York la virsta de paisplczece aui.
La doudzcci ;i unu igi luase doctoratul la Universitatea
Columbia, iar la douazecr gi noud a fost promovat ca profesor
,,plin" la LJniversitatca Harvard. A fost cel mai tindr profesor
univcrsitar din indelungata istorie a acestei universitdli.
Tomonaga (1906*1919) a fost coleg de clasd cu Yukawa la
Universitatea din Kyoto, a studiat un timp aldturi de
Heisenberg in Gcrmania gi a revenit in Japonia pcntru a-gi
dcfinitiva doctoratul in 1939. in timpul celui cle-al doilea
rdzboi mondial, intrerupind legdturile cu fizicienii din
America gi Europa, 'fomonaga a lucrat la ceea ce avea sd
devind in cele din urmd teoria electrodinanricii cuanticc.
predind in acelar;i timp la Universitatea pentru Educalie
din Tokio, al cdrei rector a devenit dupd rdzboi, in 1956.
Spre sfirgitul anilor patruzeci, totuqi, uneie dintre
calculele efectuate pentru electronii aflafi in interactiune
cu particulele virtuale cu existenld, tranzitorie dddeau
rczultate infinite pentru masa electronului - o eroarc
evidentd, pe care toati lumea o recunoqtea ca absurdd pentnl
accastd particulS minusculd. Feynman, Schwinger gi
Tomonaga au determinat matematic comportamcntul
electronilor dintr-o noud perspectivd teoreticd gi cu o
precizie mult mai mare decit oricine altcineva inaintea lor
gi au eliminat eroarea. Calculele lor puteau explica
intcracliunile electromagnetice ale electronilor, pozitronrlor
gi lotonilor cu o precizie uluitoare. Se putea oare obline
aceeaq;i precizie pi pentru neutronii gi protonii linuli laolalta
in nucleu de for{a de interac{iune puternicd? Speranlele
erau mari.
I,UMEA SUBATOMICA
RICHARD FEYNMAN:
uN GENIU MULTILATERAL (1918-1988)
Feynntun, predind la
Cttltech (California
Institute of Technology)
Formularea electrodinamicii cuantice in 1948, cind incd
nu implinise treizeci dc ani, i-a adus lui fuchard Feynman un
premiu Nobel pentru fizicd in 1965. Fara doar qi poate, el a
fost unul dintre cei mai strdlucifi, mai neconvcn{ionali gi mai
influen{i fizicieni ai epocii modeme. Gindirea sa originald,
dublati de o curiozitate gtiinlificd nelimitatd, personalitatea sa
cind expansivd, cind contemplativd qi un irezistibil sim{ al
umorului l-au evidenliat incd de la inceput. in general, oamenii
de gtiinla folosesc cu zgircenie termenul de geniu, dar
majoritatea sint dispuqi sd-l aplice celor doi mari fizicicni ai
secolului al XX-lca: Alberl Einstein ;;i Richard F-eynman.
40 4l

rsToRrA gTltNTEt
Dintotdcauna, Fcynman a simlit ncvoia de a gti cur-n
firnctioncazd lucrurilc. Iil rcparil aparatc dc radio, se
priccpea sa clescuic iricuietori, a invdlat portugheza gi a
dcsciliat hicroglif'elc maya$c. in liceu, profcsorul il ldsa sa
stca in ultinta bancd gi si rczolve probleme dc calcr-rl
matcmatic avansat, in vrcme ce colegii sdi lucrau probleme
dc tizica conven{ionald. Era inteligent. Dar in acelagi timp
cra cLlnoscnt pcntru pldcerca cu care cinta 1a instrumcntc
de pcrcutic. La un moment dat a improvizat un xilofon din
pahare umplute cr-r apd gi a cintat la acest ,.instrumcnt" o
scard intrcagd, spre marea uimire a fizicianului danez Niels
Bohr, aflat in vizita. Aqa cum il dcscria colegul sdu fizician
C.P. Snor.v, Feynnran era ,,pu!in cam bizar... un actor... ca
gi cum Groucho Marx"' ar fi intrat dintr-o datd in pielea
unui rnare savant".
Dupa definitivarca studiilor la Massachusetts Institute
of Technology gi la Princeton, unde a dobindit doctoratul
in 1942, dupd prezentarca diserta{iei sale asupra mccanicii
cuantice, Fcynman a fost cooptat in echipa ce urma sd
construiascd bornba atomicd. Curind s-a rcmarcat ca un
impctuos lider dc grup, avind prilejul sd intre in contact cu
unii dintrc cci mai renumiti fizicieni din lume, printre care
Enrico Fenni, Hans Bethe, Niels Bohr gi fiul acestuia Aagc,
qi J. Robcrt Oppcnheirner.
Dupd rdzboi, in vreme ce preda la Universitatea Cornell,
a inceput sd lucreze la teoria QED, pentru care avea sd
primcascd in 1965 premiul Nobel pentru ftzicd, alituri de
alli doi fizicieni. Considerat unul dintre principalii arhitecli
*
Julius Marx (1S90-1977) zis Groucho,
Marx, actori arnericani de origine gerrnand.
LUMEA SUBATOMICA
ai teoriilor cuantice, el a inventat o mctodd larg folositd,
cunoscutd ca ,,diagramele Feynman", carc of'crea fizlcienilor
o metodd de vizualizare a particulelor gi coliziunilor acestora
qi o modalitate de a vorbi despre elc intr-un limbaj comun.
Mulli dintre confralii sdi fizicieni considerau cd cel pufin
alte trei realizdri ulterioare ale lui Fcyrunan ar fi meritat qi
ele premiul Nobel: o teorie a suprafluiditdtii, compoftamcntul
lipsit de frecare al hcliului lichid; o teorie a interac{iunilor
slabe; gi o teorie a partonilor care a ajutat la claborarea
teoriei moderne a quarkurilor. Ca gi Einstein, era mereu
pregdtit sd accepte provocarea urm6toarei enigme a naturii.
De asemenea, Feynman a intemeiat domeniul nanosiste-
melor, adicd construirea unor dispozitive la o scari
miniaturald, chiar moleculari - de unde a rezultat o noud
industrie de mare succes, manufactttrarea moleculard, care
realizeazd structuri complexe printr-un control exercitat la
nivel de atom. Dat fiind cd nanotehnologia este pentru
manipularea materiei ceea ce reprezintd computerul pentru
manipularea datelor, potenlialul este enorm. in r'-rt*a
exploziei produse imediat dupd lansarea navctei spaliale
americane Challenger la 28 ianuarie 1986, Feynman a jucat
rolul inchizitorului caustic in comisia de anchctd preziden-
!ial6. El a demonstrat foarte plastic, folosindu-se de un
recipient cu apd inghelatd qi o garniturd simering, c6, la
temperaturi joase, cauciucul din care se fabricb garniturile
de o imporlanld cruciald devine fragil gi incapabil sI menlinb
etanqeitatea necesari - aceasta fiind cauza dezastrului.
Dimineala lansdrii navetei Challenger a fost friguroasi -
lur{uri de gheafd atirnau de rampa de lansare - qi cind
naveta a pornit spre cer, combustibilul prelins printr-o
imbinare neetangd a rachetei purtbtoare a luat foc qi a
42
unul dintre cei patru frafi
43

rsToRrA $TilNTE|
provocat explozia care i-a ucis pe cci $apte astronau{i aflati
la bord. Degi cu o sAnatate precard, Feyntnan a actionat
ncobosit pentru rccor-rstituirea girului de decizii cronate care
a avut drept consecinfd ignorarea limitdrilor fizice ale unei
garnituri de cauciuc de carc au depins viclile a $apte oameni
gi un program spatial in valoare de multc milioane de dolari.
Autobiografia lui Feynman, Surely Yott're Joking,
Mr. Feyrunun, publicatd in 1985, a fost un surprinzdtor
best-seller, iar dupi activitatea din Comisia Chullenger, a
scris o altd lucrare, intitulatA What Do You Cure Whst
Other People Think? Chiar dacd nu a reugit sd-gi definitiveze
lucrarea inainte de a muri, cartea reugegtc sd ne ofcre
r"rltimele sclipiri ale unei rnin(i geniale gi originale.
Probabil cd cea mai importantd dintre toate a fost
extraordinara sa operd didactica, originalitatea sa in
abordarea rezolvdrii problemclor gi a vielii influenlind mulli
oameni de gtiinla mai tincri atit de la Cornell, cit qi de la
Caltech, unde a prcdat ulterior, iar conferinlele sale de
ftzici, au devenit, dupa publicare, iucrdri clasice ale genului.
PARADA PARTICULELOR
Dar experimentele nu erau reugite. Interac{iunea tarc
era mult mai complicatd decit r;i-ar fi imaginat cineva.
in 1941, Yukawa gi restul comunitdqii gtiin{ifice au
inleles cd mezonul de scoperit in 1936 de Carl Anderson nu
era purtdtorul interactitmii tari. aga cum se preziscse . Trebuia
sa tie altceva. Cu pufin inainte de atacul japonezilor de la
Pearl Harbor de pc 7 decembrie 1941, Yukawa scria
descurajat: ,,Teoria mezotronicd" (cum o denumea el), ,,se
aflit astdzi in impas".
LLlMEA SUBATOMICA
Rdzboiul a rdrit cornunica{iile dintrc savanfr ;i a
incetinit ritrnul cercetArii, degi trci flzicienr italicni au rcugit
si dcsligoare in secret, intr-o pivnitd din Rorna, un experi-
ment care demonstra cd mezonii lui Anderson abia dacd
interac{ione azd cu nucleelc atornice. Cind in cele din urmd,
dupa terminarea rdzboiului, in 191'7 , au putut sd-gi anllnte
rezultatele, ciutarea mezonului lui Yukawa era din nou in
plind dcs{iEurarc.
Nu a durat mult. Dupd razboi, o companie chirnica
britanicd a inccput sd producd cmulsii fbto.graficc capabile sa
inrcgistreze radia{iile cosmice de mare cncrgic, iar Cccil F.
Porvell din Bristol s-a af'lat in fruntca unci echipe care a lbiosit
respectivele cmulsii pentru a dcpista utmele acestor racliafii.
O particuld incircatd care trcce prin emulsic lasa in urma sa
o ,,dir[" de ioni carc induc formarca unor granule negre dupd
dcvclopare. Din numdrul gi densitatea granulclor, Powcll qi
colegii sai au putut deducc unele proprietdfi ale pafiiculelor,
cum ar fi masa gi encrgia. lar cind au studiat umele parliculelor
din radiafiile cosmice, au gdsit dovezi pentru unele care
interaclionaserd intr-adcvdr, prin intermediul intcracfiei tari,
cu nucleele atomice. Mai mult decit atit, masa lor se apropia
de masa prezisd dc Yukawa - ceva mai mare dccit cea a
mezonului lui Anderson. Folosind litcrcle greceqti pi St niu
pentru a diferen{ia cele doud parliculc dc masd mcdie, Powell
a denumit noua pafticuli pi-mezon, care a devenit curind pion,
iar mezonul lui Anderson mu-mezon, devenit Si el rniuou. Era
in anul 1947, cam in acclagi timp in carc Feynman gi ceilalli
consolidau electrodinamica cuanticd pentru a explica gi prezice
comportamentul electronilor, qi posibilitatca ca gi pcntru
particulele din nucleul atomic sd se rcalizeze un progres simi-
lar cra privita cu optimism.
44 45

rsToRrA gTrrNTE|
Totugi, nu toti au fost cupringi de entuziasm. Desco-
perirea lui Powcll insemna cd miuonul lui Anderson era
,,suplimentar", aparent neneccsar, conform tuturor teoriilor
curcnte. Aqa cum remarca cu umor fizrcianul Isidor Rabi
de la Univcrsitatea Columbia: ,,Cine a ordonat asta?"
in loc sa se l5murcascd, problema nucleului devenea tot
mai confuzi. Dupd pion, fizicienii au inceput sd descopere
familii de parlicule inrudite cu el sau cu protonul. Fiecare
particuld nou descoperitd aducea cu ea intelegerea faptuitri
cd noml virtual ce inconjoard nucleul trebuie sd fie gi mai
complex decit se crczuse anterior, iar ecualiile matematice
care descriau interactiunile tari au inceput si devind
descurajant de complicate. in 1947, d,oi savanti cle la
Universitatea din Manchester au detectat in camera cu ceald
o particuld pe care au botezat-o K-mezon, sau kaon, inrudita
cu pionul. (O camerd cu ceatd este un dispozitiv in care
traseele particulelor incdrcate electric sint fEcute vizibile ca
urme de picdturi in vapori suprasaturati.) Doi ani mai tirziu,
echipa lui Cecil Powell a gdsit in emulsii urmelc unei
particule incdrcate care se descompunea in trei pioni, qi au
denumit noua particuld tau-mezon. Abia in 1957 cineva gi-a
dat seama cd cele doud particule erau de fapt doud stdri
dif'erite - pozitivd qi negativd - ale aceleiagi particule, care
in final a fost denumitd kaon. Fizicienii care se ocupau de
radialiile cosmice au descoperit inc[ o particul5, aparent o
rudd neutrd a protonului incdrcat pozitiv, la inceputul anilor
cincizeci, cireia i-au dat numele de lantbcla.
in toiul acestui adevdrat haos, un nou gi puternic instru-
ment este pe cale s6-qi facd intrarea. Pind in momentul acela,
majoritatea descoperirilor fuseserd fbcute de cStrc fizicienii
specialigti in radia{ii cosmice cu ajutoml camerelor cu ceal5.
LUMEA SUBATOMICA
Dar pentru a da un rdspuns la noile intrebdri care sc puneau.
fizicienii aveau nevoie de informa{ii mai detaliate decit cele
pe care le puteau oferi camcrele cu ceal5. A fost momcntul
in care au apdrut acceleratoarele de parlicule. Aceste instala{ii
putcrnice puteau produce fascicule uniforme gi controlate de
particule de energii inalte - de exemplu, electroni, protoni
sau pioni. Iar prin urmdrirea rezultatelor oblinute prin
ciocnirea acestor particule intre ele se putea obline o uriagd
cantitate de informalii detaliate privind proprietdfile acestora.
De fapt, fizicienii pot efectua doud tipuri fundamentalc de
experienle cu ajutorul unui accelerator gi al unui detector de
particule: de imprdgtiere gi de producere de particule.
in cazul imprSgtierii, experimentatorii caut6 indicii
legate de nucleu prin urmirirea modului de impriqtiere a
particulelor: cit de multe, in ce direcfii gi la ce unghiuri.
Cu cit este mai mare energia de la accelerator, cu atit este
mai bine viztalizatd, structura. Folosirea acestei tehnici a
permis savanlilor sf, gdseascd informa{ii despre compozilia
nucleclor - cum sint aranjali protonii gi neutronii gi cum
coexistd acegtia in interiorul nucleului pentru a-qi menline
aranjamentul. Cu ajutorul unor energii qi mai mari,
experimentatorii pot vedea gi mai in profunzime, gi anume
cum se ,,asambleaz6" pdrlile protonilor gi neutronilor.
A doua intrebuin{are a acccleratoarelor de particule -
descoperirea de noi particule - s-a dovedit eficient[ imediat.
in 1949, oamenii de gtiinld de la Berkeley, California, au
izolat pionul neutru folosind marele sincro-ciclotron
construit acolo sub indrumarea lui Emest O. Lawrence. A
fost prima noud particuld descoperitd cu ajutorul unui ac-
celerator, gi nu prin intermediul camerei cu ceatd.
47

rsToRrA $TilNTn,r
LASERII: FIZICA CUANTICA LA LUCRU
Ur-ra dintre excrcsccntelc uluitoare ale mecanicii
cuanticc o constituie lascrii, care all apdrut sub o fornrd
func{ionala abia drn 1960, cind Thcodore Harold Maiman
a dezvoltat primui asenenea dispozitiv. lJn laser (cuvintul
estc acronimul denumirii din limba englcza Light Arnplifi-
cation by StimLrlated 6mission of Radiation) producc un
lascicul ingust gi bine definit de lurnina fbarte stralucitoare,
care cliferl de lumina obignuita prin faptul cd este coerentd.
Prin urmare, toate razele emise de un laser au cxact acecagi
lungime de undd, iar undele acestor razc sint paralele gi
intr-o perl'cctd concordanlA de fazd. Sau, exprimat altfcl, la
un lascr, cuantele (pachetele din care este compnsa lumina)
sint organizatc cap la cap, oarecum intr-o manicrd compacti,
producind b unda continud. Iatd de cc, vibrind impreunS,
acestea produc o lumind de foarte mare intensitate.
I.(]MEA SI.]BATOMICA
Fasciculelc lascr pot fi cu lumind vizibili sall cll radialii
inliarogii, care sint invizibile, qi au numcroase intrcbuinldri
in telecomunicalii, inginerie, gtiinfi gi mcdicind. Lascrele
cu lumind vizibila se foloscsc la inregistrarea ;i redarea
discurilor compacte (CD), in comunicaliile prin fibrc optice,
in vrerne ce un fascicul de laser in infraro;u poate sec{iona
cu o extrcm de marc precizic matcriale diverse, de la metale
la tcsuturi Llmane.
Un fascicul laser estc produs prin excitarca atomilor
intr-un rnediu care poate absorbi sau elibera energie. O
surprinzdtoare varietatc dc suhstanle poate juca rolul acestui
mediu: un cristal solid precum rubiuul, anumitc vopsele
lichjde sau un gaz precum dioxidul de carbon.
Encrgia este introdusd pentru a excita atomii mediului,
aducindu-i intr-o stare de energie inaltd. De exemplu,
elcctronii provenili de la un curent electric introdus intr-un
mediu gazos cxcitd atomii gazului. in cele din urmd, unul
sau mai mulfi atomi ating o energie mai inaltd gi elibereazd
o razd,luminoasd (sau foton). Raza luminoasd lovegte un
alt atom, care ajunge la un nou nivel energetic, iar acesta,
la rindul lui, emite o razd luminoasd, qi aga mai departe.
(Acest proces este cunoscut ca emisie stimulatd.) Oglinzile
- una perfect reflectorizantd, iar cealaltd doar pariial
reflectorizantd - reflcc16 razcle luminoase intr-un sens 9i in
celdlalt (in etapa procesului denumitd amplificare), astfel
incit din ce in ce mai mulli atomi emit lumin6.
Fiecare noud razd emisd de un atom vibreazd in
rezonan{d a) raza care a excitat atomul respectiv. Cu toate
fasciculele vibrind in rezonan{d, lumina pdrdseqte tubul prin
oglinda par{ial reflectorizantS, iar energia este eliberatd ca
lumind laser.
CUM SE FORMEAZA FASCICULUL LASER
ix rNtenronul- uNEr cnvlr',irr LAsER
oglrnela plrtiaI t
rcflcctorizanti{ '1
'. -.;"-* '-' '
1;..,,1
ii ,
2 - Elcctronii cxcitati crnit
fbtoni in dircctii alcatorii
4 - Rcflcxiilc succcsivc intrc cclc
doui oglinzi amplificd frontul dc undi
pini cind lccsla rcu$c$lc si slrapungi
oglinda rnai putin rcf'lcxivi.
. _.--r,,.1,,_d.",.-+' L't . t,4t.t/ +
.J!u44,r.'
. uld, ,,. +
48 49

rsToRrA 9TrrNTE|
SUPRACONDUCTORII
in l9l I , fizicianul dancz Hcikc Kanrerlingh a descoperit
cd, atunci cind mcrcurul este racit la tcmpcraturi fbartc
joase - apropiatc dc zcro absolut (-273.15 oC,
- 459,67"F
sau 0oK) -, rezistcnla clcctricd a acestuia dispare. Astfel,
cl a descoperit un fenornen straniu nunrit supraconductivitatc
una dintrc cele mai importantc descopcriri din flzica
cxpcrimcntal6 modernd.
Totugi, abia in 1957 s-a reugit formularea unei teorii
carc sd cxplice acest fenomen. Trei fizicicni din Statclc Unitc,
John Bardcen, Lcon N. Cooper gi John Robert Schrieffcr, au
propus aga-numita tcoric BCS (inilialele numelor lor) care
stabilegte c6, intr-un supraconductor, curentul cstc purtat dc
cdtre electroni legali intre ei prin vibrafii dc rc{ca cristalind
carc nu pot disipa energie prin imprdqtiere, cauza obignuitd
a rezistenlei electrice a conductorilor.
La inceput, utilitatea practicd a supraconductivitdlii a
fost foarte limitatd de faptul cd, pentru numeroase substanfe,
tcmperatura la care se produce acest fenomen, numitd
,,temperaturd criticd", cstc foartc scdzutd. Supraconductorii
au fost folosili in magnetii puternici, de mari dimensiuni,
ai acceleratoarelor de particule gi la instalafiile de
vizualizare prin rezonanld magneticd (MRI * Magnetic
Resonance Imuging), folosite in medicind, dar utilizarea
lor este complicatd gi costisitoare deoarece trebuie rlciti in
heliu lichid.
in 1986 9i 1987, doi cercetltori de la IBM, K. Alex
Mtiller gi Georg Bednorz, au anunlat punerea la punct a
unor materiale care devin supraconductoare la temperaturi
mult mai inalte decit cea a heliului lichid, care fierbe la
4,2"K (-268,95"C sau - 452,11'F). Aceste noi materiale
LUMEA SIJBATOMICA
ceramice au o temperaturd criticd cuprinsd intre 90 5i
120'K, ceea ce a constitLrit un marc pas inaintc, tinind
cont de taptul cd aceste tcmpcraturi se situeazl dcasupra
punctului de fierberc a azotului lichid, care este mult mai
icftin qi mai uqor de manipulat decit heliul lichid. Totugi,
accstc matcriale supraconductoarc igi pierd proprietd{ile la
valori mari alc curcn{ilor, o problcmd care le-a limitat
utilizarca in aplicatii comerciale.
In toamna anului 1955, cercctitorii Emilio Segrd ;i
Owcn Chambcrlain au reuqit sd dctecteze antiprotonul cu
sarcirri negativd, perechca,,antimateriald" a protonului.
Trecusc aproapc un sfert de veac dc cind Carl Anderson
descoperise percchea electronului, pozitronul, pe 2 august
1932. Protonii au fost accelcra{i la Universitatea Berkeley
din California, in recent construitul Bevatron, qi au fost
expediali asupra unci finte de cupru la o energie de gase
miliardc dc clectron-vol1i. (Acesta este nivelul energetic
minim ncccsar pcntrlr a determina aparilia unui anliproton
intr-o strdlulgerare cnergeticd.)
in dcccniile cincizeci gi gaizeci ale secolului al XX-lea,
publicaliilc Atiin{ifice au fost inundatc de un val uriag de
noi particule subatomicc provenite de la acceleratoarele de
la Berkelcy, Brookhaven (de pe Long Island, New York),
Fermilab (din apropiere de Chicago) 9i CERN (din Geneva).
Cu cit mai multe particulc dcscopercau fizicienii, cu atit
mai multc dovezi apdreau privind cxistcnla altor particulc,
;i adesca particula carc sc profila ,,dupir colt" pronritca sd
lic mai grca gi mai rczistcntir la dcscopcrirc.
ms4#$*tx
50

rsToRrA 9TilNTE,I
Etnili,t Stgri'
Cu cit era mai mare energia acceleratorului, cll atit
cre$tea probabilitatea ca fizicienii sd poatii dcscatr-rga
urmitoarca particuli pe mdsurA cc pdtrundcau tot miii adinc
in structura nucieului. Sincrociclotronul lui Lawrcncc.
construit in 7949, folosca un f'lux de particLrle la 100 McV.
(McV inscamnd un milion de electron-vol1i. Un clcctron-volt
cstc mdsura cantitdtii de energie neccsarc pcntru a deplasa
Lrn electron pc o difercn{d de poten{ial clc un volt.) Astirzi,
Tcvatronul dc la Fermilab poate atingc cncrgii dc pinl:r la
un TcV (un trilion de electron-voltr).
LUMEA SUBATOMICA
Expcrirnentatorii au pus totodatd la punct gi numcroase
varia(iuni pcntru a oblinc anumitc tipuri dc inforrnalic -
dif-erite tipuri de dctcctori, diferite tipLrri gi energri ale
,,gloan{elor", pcntru a afla durata de viald a unci anumite
particule, modurile de dezintcgrare gi a;;a mai dcpartc. (Toatc
noile particule erau foarte instabile gi sc descompuneall
foarte rapid in alte particule.) Volumul dc informa{ii era
coplegitor.
Fizica particulclor pdrea sd se indrepte spre dezordine
qi o confuzie totald.
INSTRUMENTELE $TIINIEI:
ACCELERATORUL DE PARTICULE
1929 Fizicienii britanici John Cockcroft Ei Ernest Walton
inventeazd primul accelerator de particule, o rnagind
simpld care le permitea si bombardeze o linti de
litiu 9i si producd particule alfa (nuclee de heliu),
transformind artificial litiul in hcliu. Ei au rcugit sa
confirme producerea nuclcclor dc hcliu obscrvindu-le
urmele in camera cu ccald.
1930 Ernest O. Lawrence de la Universitatea Berkeley
din California are ideea construirii unui ciclotron
care poate accelera protonii gi particulele alfa pe
traiectorii spiralate intre doi poli circulari ai unui
electromagnet dc mari dimcnsiuni. Prtmul ciclotron
este foartc mic, poatc fi luat in palmd. Traicctoriilc
spiralate fac posibile accclera{ii putemice firi
utilizarea unor tensiuni electrice mari saLr A Llnor
52 53

rsToRrA $TilNTEt
traicctorij drepte lungi. In cursul deceniului al
patrulca s-au construit versiuni din ce in ce rnai
nrari la Laboratoml pentnl Radia!ii de la Bcrkeley
(astazi I-aboratoml Lawrence dc la Bcrkeley). in
1939 au un ciclotron cu diametrul dc 60 dc foli
(152,4 cm) carc poatc accelera particulele pind la
l0 MeV. Curind, Lawrence incepe planurile de
construire a unui ciclotron cu diametrul de 184 foli
(467.36 cm), capabil sd atinga o energie de 100 McV
ceva aproape de neimaginat, dupd care a urmat o
versiune numitd ,,sincro-ciclotron", cu o capacitatc
de citeva sute dc Me'.
1952 Un consor{iu de univcrsitd}i de pc Coasta de Est
construieqte primul,,sincrotron", anumc,,Cosrno-
tronul" de la Laboratorul Naqional Brookhaven de
pe Long Island, New York. Marea instalalie este
capabild sd asigure peste un miliard de electron-volti
(1000 MeV sau 1 GeV, un gigaelectron-volt),
ajungind ulterior pina la trei miliarde. in locul unor
magneli uriagi ficgi intre care particulele s6 fie
obligate sd orbiteze, magnefii sincrotronului sint mai
mici gi mobili - sincronizali sd se migte in pozitie
pe mdsurd ce orbitele particulelor ii intersecteazd.
Aceasta inseamnd cd in vreme ce ciclotroanele sint
limitate de mSrimea magnelilor care pot fi fabricafi,
dimensiunea sincrotronului este limitatd doar de
puterea financiard a consor{iului 9i de dimensiunilc
terenului pe care este construit.
1954 Consiliul European pentru Cercet[ri Nucleare
(CERN - Conseil Europden pour la Recherche
LUMEA SUBATOMICi
Nucliaire), dcnurnit acum Organizaia Europcand
pentru Ccrcctiri Nuclcare, clar cunoscut in continuare
sub acronimul CERN, estc infiin{at la Geneva.
1959 CERN inaugurcazd accclcratorul sdu de 25 GcV.
1965 Acceleratorul de particule SLAC (Stanford Lincar
Accelcrator Center) intra in func{iune in Calilornia.
1969 Robert Wilson infiinfcazi Fermi National Accelera-
tor Laboratory, celebrul Fermilab, la Batavia, Illi-
nois, in apropiere de Chicago.
1912 Marele accelerator de la Fermilab incepe sd
funcfioneze la 200 GeV (200 de miliarde dc
electron-volti). Mai lirziu, in acelagi an, valoarea
ajunge la 400 GeV.
1976 CERN incepe utilizarea Sincrotronului Super-Proto-
nic (SPS - Super Proton Synchrotron), un inel cu
diametrul de 4 mile (6,5 km) care inilial furniza
protoni la 300 GcV, ajungind in celc din urm[ la
450 GeV.
1984 Acceleratorul de particule de la Fermilab ajunge la
800 GeV.
1985 incepe func{ionarea Tevatronului dc 900 GeV de la
Fermilab; ulterior se atinge valoarea de I TeV
(terraclectron-volt, adicd un trilion de electron-vol1i).
1985 O echipa condusd de Carlo Rubbia de la CERN
descoperd parliculcle incdrcate electric W gi particula
neutrd Z, prezise de teoria interac{iunilor electro-
magnetice slabe.
54

CAPITOLUL 2
rAnimul, eUARKURTLoR
CdrSrile prin jungla haoticd a parliculelor subatomice
nu au fost ugor dc gdsit. Dar mare parte din meritul cuvenit
pentru marcarea acestor cardri ii revine unui fizician
multitalentat, care lc-a sesizat cu ingeniozitate topografia
gi le-a cartografiat, folosindu-se pe parcursul acestor trasce
complicate de dennmiri cxotice gi aluzii literare.
Murray Geli-Mann, al cdrui tatd pdrdsise Austria pentru
a sc stabili la New York, s-a nlscut la New York in 1929.
A intrat la Universitatea Yale in ziua in care implinea l5
ani gi numai acest detaliu spune multe . La 2l de ani iqi lua
doctoratul la Massachusetts Institute of Technology. $i, dupa
alte studii efectuate sub indrumarea lui Enrico Fermi la
Ciricago, Gell-Mann a oblinut titlul de profcsor universitar
la California Institute of Technology (Caltech) pe cind
avea 27 de ani. Cu capacitd{i intelectuale deoscbite, o
varietatc a domeniilor de interes gi un talent deoscbit de
poliglot (printre limbile pe care le vorbea cursiv numl-
rindu-se gi dialectul swahili), Gell-Mann iqi amintea cu
duiogie de prdpastia care il despdr{ea de colegii sdi
,,obi9nui1i" in privinla coeficientului de inteligen{d.
TARIMUL OUARKTJRILOR
La data sosirii salc la Caltech, Gell-Mann plonjasc dcja
adinc in jungla fizicii particulelor. Pe linga ncutronul lui
Chadwick, pozitronul lui Dirac ;i neutrino al lui Pauli,
Yukawa postulase existcn{a mczonului - din care apiruserd
prea mulli: nu numai miu-mczonul lui Anderson, ulterior
rebotezat ,,miuon" fiindca s-a dovcdit a nu 1l mezon, dar gi
pi-mezonul lui Powell, care cra purtdtorul interactiunii tari
postulat de Yukawa. Prin anii cincizeci existau de asemenea
K-mezonii, gi mai grci, care avearl carn jumitate din masa
protonulr.ri. in scurt timp au inccput si apard particule mai
grele chiar decit protonii - a;a-numiii hiperorti.
$i tocmai acegti K-mezoni, sau kaoni, gi hiperonii au lbst
particulele care i-au trezit in mod deosebit interesul lui
Gell-Mann la inceputul anilor cincizeci. Aceste particule,
ra{iona el, sint create de interacfiunile tari qi ar trebui, de
drept, si poatd fi descompuse de cdtre acestea. in loc de asta,
ele erau descompuse de citrc intcracliunile slabe (acele
interacfiuni a cdror dovadb o constituie emisiile radioactive).
Cind Marie gi Pierre Curie au inceput sd studieze
radioactivitatea la sfirgitul secolului al XIX-lea, ei au mdsurat
cu meticulozitate rezultatele misterioasei emisii de ,,radialie
beta" (eliberarea electronilor din nucleu) de care pulini
oameni (exceptindu-i pe colegii de talia unui Henri Bccqucrel)
auziserd vreodati. Dar in anii cincizcci ai secolului al XX-lea
se cunogteau o mul{ime de lucruri despre radioactivitate gi
fbr{a care o guvemeazd, numitd interactiune slabd. Avind o
valoare mdsuratd de circa o mie de ori mai micd decit bine
cunoscuta intcracliune electromagneticd gi chiar mai slabd
decit interac{iunea tare care line laolaltd particulele nuclearc
interacfiunea slabd era un fenomen destul de bine in{eles --
sau cel pulin aga credea majoritatea fizicienilor.
56 57

rsToRrA gTilNTE,I
Binc intclcs. mai cxact cr.r cxccptia laptului ci, clupi
toatc rcgr-rlilc, intcracliunea slabi, cvirlcnt ntai slabi gi nrult
nrai lcnti, nu ar trcbui sii aiba intiietatc lata clc nrai rapicla
interactiurtc tarc. Confbrnr cclor cunoscr-rlc, kaonii ar fl
trcbuit si sc dczintegrczc prin intcrnrcclir,rl irrtclacliunii trri,
dar nu sc intirlpla aga. Dczintcgrarea lor nu iivca Ioc clccit
prin intcrmcdiul interactiunii slabc. Accstc lucruri pireau
cu aclevirat stranri specialigtilor in fizica partictrlclor. $i,
in consecintd, an inccpr-rt sd nunrcascd lripcronii gi kaonii
..particr.rle streuri i".
,f t r r ru.r: ( ) e I I - tr ftt n n
PIUVIRE ASUPRA STRANIETATII
Aqa se face cd la inccputul anilor cincizeci Murray
Gcll-Mann a manifestat o marc preocupare pentrll problema
stranietd{ii. (in acclagi timp, fizicicnii japonezi T. Nakano
gi Kasuhiko Nishijima lucrau independent pc accleagi
coordonate gi au ajuns la concluzii similare.) Mai intii, cl
a inceput sd gindeasci in termeni de grupuri de subparticule,
TAR.MUL QUARKURIL)R
in loc sd lc considerc individual. Daca se analizcazd
proprietdtile protonilor gi ale neutronilor, dc cxcrrplu, se
constatd cd accslea sint frapant dc similare, exccpthd faptul
cd unul are sarcinb pozitiv5, iar celdlalt este neutru. El a
constatat cd, dacd sc ignord sarcina electricd, majoritatca
subparticuleior din nucleu par si se incadreze in grLrpuri dc
citc doud sau trei.
Prin urmare, Gell-Mann a impar(it particulclc cunoscute
in grupuri diferenliate prin toatc caracteristicile, cu cxccpfia
sarcinii elcctrice. Apoi, pe baza sarcinii totalc a trituror
membrilor fiecarui grup, el a repartiz.at cite un centru de
sarcini pentm fiecare grup. De exernplu, grupul neutron-pro-
ton are un centru de sarcini de +l12 (deoarece sarcina totali
a grupului este de *1, iar grupul estc alcdtuit din doi membri).
Dar pentru kaoni ;i hiperoni, ciudat, centrul de sarcind nu se
situa la mijloc, a$a cum sc intimpla la celelalte grupuri - era
ex-centric. Gell-Mann a constatat cd poate mdsura exact cit
dc excentric era acest grup $i a atribuit un numdr gradului
de excentricitate - un numdr pe care l-a denumit ,,numdrul
de stranietate". Pentru protoni gi neutroni, valoarea acestui
numdr este 0, pentru cd la acest gmp excentricitatea estc
zero. Dar a constatat cd unele particule aveau un numir de
stranietate egal cu -1, +l sau chiar -2.
Mai mLrlt decit atit, Ciell-Mann a remarcat un model
repetitiv pentru toate interacliunile dintre particule: Numdrul
de stranietate total pentru toate particulele implicate in oricc
interacliune se conservd intotdeauna. Cu alte cuvinte, el
este acelagi gi inainte, gi dupa interac{iune . Fizicienilor lc-a
pldcut acest lucru pentru cd ilustra faptul ci funclioneazd
un soi de simetrie (aga cum natura manifestd in numeroase
cazuri) care ar putea fi descrisd in termeni cantitativi (ceea
58 59

rsToRrA $TilNTE,|
cc fizicicnilor le-a placut intotdcauna) ii il puteau lblosi
pentru a explica via(a neagteptat de lungd a particulelor
stranii. Atit Gell-Mann, cit gi echipa Nakano-Nishijima gi-au
publicat ideilc in legdtura cu acestc coordonate in 1953.
Uncle rnistere in ceea ce privegte interactiunea slabd
au rdmas neexplicate, totugi - mistcre care au iegit la iveald
intr-o dupd-amtazd a anului 1956, in timp ce Chen Ning
(Frank) Yang gi Tsung Dao Lee stdteau de vorbd la White
Rose Cafe din New York. Pe parcursul disculiei, cei doi
prieteni gi colegi de-o viala au inceput sd aiba o bdnuiald
despre for{a slabd la care nimeni nu se gindise pind atunci.
O LUME ST1NGACE
Frank Yang, ndscut in anul 1922 in localitatca Hofei
din China, plccase in Statele Unite la virsta de 23 de ani
pentrn a studia aldturi de Enrico Fermi. Dar, cind a ajuns
la Universitatca Columbia din New York a aflat cd Fermi
plecase la Universitatea din Chicago. Fari si se descurajeze,
Yang a plecat la Chicago, unde a ajuns intr-adevir sd
studicze cu Fermi, oblinindu-gi doctoratul in 1948. Tot acolo
s-a intilnit qi cu Tsung Dao Lee, pe care il cunogtea deja
din China. Pind in 1956, Yang qi-a cladit o reputa{ie
gtiin{ifica dupd ce in 1954, impreund cu Robert Miils, a
ajutat la pregdtirea tercnului pentru teoria cuanticd a
cimpului cu stabilirea a ceea ce uneori poartd dcnumirea
dc cimpurile invariante de calibrare Yang-Mills.
Lee s-a ndscut la Shanghai in 1926 9i a plecat in 1944
in Statele Unite pentru a studia in cadrul unui program de
studii universitare - deqi incd nu-gi luase bacalaureatul.
Universitatca din Chicago a fost singura care i-a permis sd
se inscrie. ingaduinla manifestatd de conducerea universitAtii
TARIMUL QUARKUR]LOR
a insemnat un mare noroc pcntru Lec dcoarecc acolo sc
allau unii dintrc cei mai nrari specialiSti in fizica. Era bine
prcgatit ca sa profite dc pc urma acestui avantai qi a ob{inut
doctoratul in 1950, lucrind sub indrumarea arhitcctului
bornbci atomice, Edward Teller.
Chen Nin,q (Frank) Yan,q (stingo) Si Tsung Dao Lee
Drumurile lui Lee gi Yang s-au incruciqat din nou o
vrcme. la Institutul pentru Studii Avansate de la Princeton,
Ncw Jcrscy, unde Yang a rdmas pentru a deveni profesor
in 1955, in vreme ce Lee a acceptat un post la Universitatea
Columbia din New York, in 1953. Pcntru locuitorii statului
New Jersey, oragul New York se afla la o distanfd rezonabild,
ugor dc parcurs cu trenul, aga cd cei doi au continuat s.l sc
intilncasc6 pentru a face schirnb de observaqii.
Strbiectul disculiei din dupd-amiaza aceea de la White
Rose Cafe il constituiau ,,particulele stranii" numitc
60 6t

ISTORIA $TilNTEt
K-mezoni, care pireau sd se dcscompund in doud moduri
diferite - nnul ,,de stinga" gi r-rnul ,,de dreapta".
in mod normal, acest lucru n-ar trebui si sc intimple
- qi nu se intimpla cu alte particule. Felul cum se
descompuneau K-mezonii pdrea si sfideze un important
principiu al fizicii: legea conservdrii paritatii. Ca qi
conservarea energiei gi conser-varea materiei, conscrvarea
paritatii fusese un principiu cdlduzitor care pina atunci
piruse sd prezicd in mod coerent fenomenele naturale.
Imaginafi-vd cd, vd, aflali in fala unei oglinzi. Ceea ce
in realitate se afld in dreapta este reflectat in stinga
dumneavoastrd, iar partea dumneavoastrd stingi apare in
oglindd ca fiind partea dreaptd a imaginii rcflectate. Dacd
parul dumneavoastrd are cdrare pe dreapta, in oglindl el
pare sd aibd cdrare pe stinga. Acum imaginati-va cd inversafi
restul imaginii, de sus in jos gi din fafd spre spate. Legea
conservdrii paritilii spune cd dacd iei un sistem gi il rotegti
in maniera indicatd mai sus, sistemul va continua sd
manifeste cxact acelagi comportament.
Paritatea are doud valori posibile: par gi impar. Legea
conservirii paritdlii spune cd dacd se incepe cu o paritate
impard inaintea unei reactii sau transformdri, dupd
respectiva reactie sau transformare trebuie sd se ajungd la
aceeagi paritate. Cu alte cuvinte, cind particulele interac{io-
neazd pentru a forma noi particule, paritatea trebuie s6
rdmind aceeagi in ambele par{i ale ecuafici.
Problema cu K-rnezonii era cd, atunci cind se descom-
puneau, uneori rezultau doi pi-mezoni, amindoi cu paritili
impare (care combinate dau o paritate pard), iar altcori
rezultau trei pi-mezoni (a cbror paritate combinatd este
impar4). Era ca gi cum te-ai uita in oglindd gi uneori mina
rininnLt euARKURrr,oR
dreaptd cstc reflectatd in dreapta, iar alteori este rcflcctatd
in stinga. Cele doud par{i ale ecualiei ar fi trebuit sd se
reflecte perfect, dar nu se intimpla mcrcu aga. Fizicienii au
incercat si lSmureascd acest lucru spunind cd ar exista
doud tipuri de kaoni, unul cu paritate pard, iar celdlalt cu
paritate impard. Dar Yang gi Lee s-au gindit cd poate nu
asta era solufia corectd. Acegti mezoni erau identici in toate
celclalte privinte. Poate cd de vinS era altceva.
Era oare posibil, s-au intrebat Lee gi Yang unul pe
celdlalt, ca legea conservirii paritSlii si nu se aplice la
aceste ,,particule stranii"? Poate cd, de fapt, nu exista decit
un singur tip de kaon, nu doud. Poate cd motivul pentru
care conservarea paritdfii pdrea sd fie incdlcatd era faptul
cd acest principiu nu se aplica la intcracfiunile slabe. Ei
gi-au dat seama cd nimeni nu verificase aceastd posibilitate
gi au inceput sd se gindeascd la tipurile de situalii care ar
putea sd testeze aceastd premisd. Astfel a inceput ceea ce
a devenit cunoscut ca ,,pribugirea paritSlii" - nu o disparilie
totald, ci o prdbugire legatl de o anumitd zond, anume
domeniul interacfiunii slabe.
Lee gi Yang au elaborat un articol pe care l-au publicat
sub titlul ,,Problema conservdrii paritalii in interacliunile
slabe" gi in care analizau un numdr de reaclii gi examinau
implicaliile experimentale ale posibilitafii ca paritatea (cu
alte cuvinte, simetria in oglindd) sd nu fie respectatd de
cdtre interacliunea slabd. Cum sd testezi o asemenea idee?
Ei s-au gindit cd dacd s-ar putea examina direcliile in care
un electron este ejectat de un nucleu aflat in rotalie in
cursul unei dezintegrdri beta (domeniul interacliunii slabe)
gi s-ar observa, de exemplu, ci electronul preferd cl direcfie
in detrimentul alteia, aceasta ar constitui un indiciu.
62 63

rsToRrA ;TilNTEI
Ideea originald - teoria - a rasarit din coiaborarea cclor
cloua minli, a lui Lee gi a h-ri Yang. Dar o teoric capttR
valoare in gtiinla abra atunci cind rezistd la proba experimen-
tclor. Daci rezistd, atunci ea poate deschide un nou domeniu
irnpofiant al cercetdrii, generind noi intrebari provocatoare
gi of-erind rdspunsuri pentru multe din cele vechi.
Chien-shiung LVu, .,Ma-
dame l[/u ", ule cdrei
experintente au demon-
strar cd ideile lui Lee Si
Yo n g pr ivi nd co n. er:are a
paritdlii erau corecte.
Fotografia o infdyiSeazd
in cursul unei experienle
cu particule beta, fu 1958
Imediat, Chien-shiung Wu,,,echivalcntul experimen-
tal" al lui Lee qi Yang, a intrat in acliune. Profesor de
fizicd la Universitatea Columbia gi colegd cu Lee, Wu era
o cxperimentatoare tbarte respectatS, cu o voin{d de fier,
specializatd in dezintegrarea radioactivd. Persoan6 extrem
de cncrgicS, renumitd pentru exigenta sa fa!6 de studenli,
era la fel de exigentd qi fafa de propria sa activitate. in
acest caz, Wu - sau Madame 'Wu, cum era cunoscutd de
TARIMUL QUARKI]RILOR
aproape toatd lumea, degi Wu cra numele ci de fata, pe
solul ei chemindu-l Yuan - a desti;;urat expericn{e oportlrne,
complicatc Ai precise. Wu a decis sd foloseascd izotopul
cobalt 60, care se dezintegreazd intr-un nucleu de nichel,
un neutrino gi un pozitron. Cu ajutorul aparaturii sale, Wu
dorea sd ,,urmareasc6" spinul pozitronului in timp ce pdrdsea
nuclcul, dar pentru asta trebuia sd se asigure cd nucleele de
Co 60 se roteau toate in aceeagi direc(ie, astf-el incit spinul
nucleelor sd nu influenlezc spinul particulei cmise. Pentru
a realiza accst deziderat, Wu a imagin4t qi planificat un
experiment complicat, care presupunea utilizarea instala-
liilor criogenice de la Biroul de Standardc al Statelor Unite
din Washington pentru a aduce cobaltul la o ternperaturd
foartc joas5, imediat dcasupra lui zero absolut.
in primele iuni ale anului 1957, ea a inceput sd oblina
rezultate uimitoare. ,,Wu a tclefonat", le-a spus T.D. Lee
colegilor sdi de catedrd in timpul primului prinz colectiv
dc dupd Anul Nou, ,,qi mi-a spus cd Catelc preliminare
indicd un efcct colosal!" Nu a trecut mult pind cind au
sosit primclc rezultatc ale lui Wu. Paritatea nu era valabi16
pcntru interac[iunea slabi. Iar la sfirqitul anului, Lee gi
Yang au primit premiul Nobel pentru intuifiile lor.
in orice caz, multi fizicieni nu au fost mulpmili de
acestc rezultate. Lumea subatomicd, spre deosebire de lumea
inconjurdtoare dezordonatd, p.lruse intotdeauna de o
minunati elegan{a, de o previzibilitate datd de simetrie. Iar
acum simetria pdrea sd rdmind doar o amttttirc.
,,Nu pot sd cred cd l)umnezeu este stingaci", gi-a
cxprimat dezacordul printr-un calambur Wollgang Pauii.
($i nu pentru cd ar fr considerat cd a fi stingaci ar li un
lucm indczirabil. ci doar pcntru ci intotdeauna considerase
64 65

rsToRrA $TilNTE,|
cA natura este ,,dreptace"). El exprima astf'el o nclinigte pe
carc multi fizicieni o simteau. Dacd paritatea nu cste
consecventd, atunci poate cd nici celclalte legi ale
conservdrii nu sint intotdeauna consecventc. Poate cd
simetria nu poate li consideratd ca principiu in nici o
situa{ie. Lee, Yang qi Wu au ridicat numeroase intrebdri,
dintre care multe au rdmas fbrl rdspuns pind astazi. Dar
pentru oamenii de ;tiin{d, cArora le place efortul dc a cduta
rdspunsuri la intrdbarile rdmase fbrd rdspuns, acesta este
un indiciu al gtiin{ei adevdrate: nu trebuie doar sd rdspunzi
la intrebdri gi sd potriveqti piesele, ci gi sd pui noi intrebdri.
BOMBA: QUARKUL
intre timp, in California, Murray Gell-Mann era gi el
foarte ocupat. Un mare teoretician are un talent deosebit de
a sintetiza qi a sesiza modele in plina confuzie, gi tocmai
asta a fbcut Gell-Mann. Mai multe lucruri trebuia ldmurite
gi explicate, inclusiv numdrul nSucitor de particule (de ce
atit de multe?) 9i aparenta lor grupare in familii (care
mecanism sau principiu cauza acest lucru?).
Bazindu-se in parte pe rezultatele lui Yang, Lec gi Wu,
Gell-Mann a formulat niqte idei, un sistem de clasificare,
pe care l-a publicat intr-o lungi serie de articole la inceputul
anilor gaizeci. E,l gi-a denumit sistemul ,,calea multipli-
citefii", un termen imprumutat de la un aforism atribuit lui
Buddha in literatura chinezd. (Asta nu insemna, a$a cum au
crezut unii entuziagti, ci Gell-Mann ar fi vrut sd spund cI
fizica o luase pe calea misticismului sau chiar a filozofiei,
ci pur gi simplu cd avea nevoie de o denumire pentru a
defini un concept care era atit de nou pentru lumea
limbajului incit insupi numele sdu trcbuia inventat. Dat fiind
TARIMUL QIJARKURILOR
ca majoritatea literelor alfabetului grccesc erau deja
,,ocupate" cu denumirilc particulelor, el a imprumutat de ia
unul din numcroasele salc domenii de interes.)
Ralionamentul lui Gell-Mann era urmdtorul: aga cum
observase deja, multe particulc subatomice - incluzind
mezonii, protonii Ei neutronii - puteau 1i grupate in familii,
grupuri de cite doi sau trei membri. Astf'cl, existau trci pioni
(pi-mczoni), doud pcrechi de kaoni (K-mczoni), o percchc
de protoni (protonul gi antiprotonul), gi a;;a mai deparle.
Acestea erau familii foarte strins unite, cu asemdndri
putcmice. La drcpt vorbind, mcmbrii unei familii erau mai
mult asemdndtori decit deosebili. Singurele difercn{c in
fiecare caz crau sarcina electricd qi masa. Iar diferenla de
masA era atit de micd (cifiva MeV), incit putea fi atribuitd
pur gi simplu diferenlei de sarcind electricd. Cu alte cuvinte,
aceste particule erau, dupd toate probabilitdlile, identice, dat
fiind cd diferenla de masi putea fi cauzatd numai de diferenfa
de sarcin5. Agadar, a spus Gell-Mann, ce-ar fi dacd am
considera fiecare dintre aceste familii ca o singurd particuld
cu o altd caracteristicd, gi anume ,,multiplicitatea"? Era o
modalitate noud gi eficientd de a privi la varietatea de
particule ce se gdsesc in nucleul atomic.
in al doilea rind, el a observat ci forlele specifice
interacliunii tari nu acordd nici un fel de atenlie sarcinii
electrice. Efectele sint aceleagi indiferent daci particula
este neutrd, negativ5 sau pozitivd. Un proton este la fel de
putemic atras ca gi un antiproton. Forla tare nu face nici o
distinclie intre pionul neutru gi rudele sale, pionul negativ
gi pionul pozitiv. Acegtia sint asemenea celor trei laturi ale
unui triunghi echilateral.
Gell-Mann s-a gindit cd exist[ o legdturd intre
stranietatea particulelor stranii gi multiplicitatea acestora.
66 67

rsToRrA $TrrNTE|
Spre deosebire de pioni, carc apar ca triplefi, particulele
stranii numite kaoni par sd existe in seturi de cite doud
perechi. El era sigur cI o anume simetrie mai profundd,
incd nedetectatd, juca aici un rol. Accstea nu erau doar
nigte coinciden{e.
La acea datd, spre sfirgitul anilor gaizeci, matematicienii
tocmai redescoperiserd opera matematicianului norvegian
Sophus Lie, care explorase anumite aspecte ale unui for-
malism abstract numit ,,teoria grupurilor". Gell-Mann gi-a
dat seama cd un anumit grup Lie - SU(3), sau grupul Spccial
Unitar in 3 dimensiuni - pdrea sd funclioncze atit pentru
mezoni, cit gi pentru barioni. (Aceeagi idee a avut-o, cam
in acelagi timp, qi Yuval Ne'eman de la Colegiul Imperial
din Londra.) Folosind grupul ca un soi de gablon, Geli-Mann
a aranjat mezonii qi barionii in func{ie de sarcind gi
stranietate. Dar, degi existau opt barioni care se potriveau
perfect in gablon, numirul mezonilor era de numai qapte.
Aga incit, pornind de la caracteristica potrivit cdreia
un al optuleamezon ar trebui s5 se potriveascd in modelul
sdu, Gell-Mann a prezis existenla acestuia in aceeagi
manierd in care Dmitri Mendeleev a prezis existenla citorva
elemente incd nedescoperite atunci cind a alcdtuit tabelul
periodic al elementelor in 1869. Gell-Mann a prezis, mai
ales, existenla unei particule numite ,,omega-minus", gi a
avut dreptate. Exact o asemenea particuld a fost descoperitd
in 1964 - gi observata din nou dupd aceea, de multe mii de
ori. Antiparticula sa, anti-omega-minus sau,,omega-plus"
a ,,apdrut" in 1971.
Aga s-a ndscut Calea MultiplicitAfii gi a adus ordinea,
sau cel pulin o ordine mai mare, in jungla particulelor.
Dar Gell-Mann mai avea nigte agi in minecS. Chiar gi
r.'i R i MU L euA RKLt R I Lo R
cu noua ordine adusd de Calea MultiplicitAtii, el s-a gindit
cd ar trebui sd existe o ordine mai profundd qi mai simpld.
Trebuia sd existe o particuld mai fundamentald decit a rcugit
cineva sd-gi imagineze pind atunci. Gell-Mann gi-a dat seama
ca fizicienii procedau ca gi cum ar fi cercetat moleculele
unei substanfe gi ar fi incercat sd le infeleagd complexitatea
fhra sd sesizcze cd acestea erau compuse din atomi (adicd
exact lucrul pe care chimigtii l-au fbcut vreme de secolc,
inainte de Dalton). Barionii (ncutronii gi protonii) erau
compugi din ceva mai mic - dar din cc anume?
Rdspunsul a inceput sd se profilezc in timpul unui prinz
la Clubul Profesorilor de la Univcrsitatea Columbia, in ziua
de luni, 25 martie, 1963. (S-ar pdrca ci fizicienii gindcsc
intens in timp cc mdnincd!) Gell-Mann se afla in vizitd la
Universitatea Columbia pentru o serie de conf-erinqc privind
Calea MultiplicitA{ii 9i alte problcmc, qi o parte din
teoreticienii de la univcrsitatea gazdl, printre care gi Roberl
Serbcr, l-au invitat la masd. Serbcr era un om linigtit care
fusese coleg cu Robert Oppenheimer la Berkeley gi
colaborase cu el la Los Alamos. in gencral, el prefera sd-gi
dcsfb;;oare activitatea cu discrefic, dar in zitta accca a avut
o intrcbare: Cc-ati zice dc un grup fundamental intrcit dc
particule, un triplet?
,,Asta ar fi o ciuddlenie amuzantd!", a replicat
Gcll-Mann fird sd stca prea mult pe ginduri. ,,O idee
teribild", a addugat T.D. Lec, care era gi el de fa!6. Pe urmd
Cell-Mann a inceput sd mizgf,leascd pe un gerve{el: Pcntru
ca un triplet sd funclioneze, particulclc ar trebui sii aib[
sarcini fraclionarc, un fenomcn nicicind obscrvat in naturd
gi, practic, de ncimaginat. Particulele ar trebui sd fie +213,
-U3, -U3.
68
69

Ray spangenburg diane k. moser - istoria stiintei (vol.5)

Ray spangenburg diane k. moser - istoria stiintei (vol.5)

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Ray spangenburg diane k. moser - istoria stiintei (vol.5)

Similar to Ray spangenburg diane k. moser - istoria stiintei (vol.5) (20)

More from Robin Cruise Jr.

More from Robin Cruise Jr. (20)

Ray spangenburg diane k. moser - istoria stiintei (vol.5)