Entrades amb l'etiqueta ‘quarks’

El real i l’imaginari

dijous, 2/03/2017

Com deia l’Anthony Gottlieb fa uns mesos al New York Times, la ciència actual s’està tornant cada cop més estranya. Einstein es neguitejava perquè, segons la mecànica quàntica, sembla que Déu estigui jugant als daus amb l’Univers. Però ara sembla, en paraules d’en Gottlieb, que hàgim passat del casino i els daus a la màgia. Perquè resulta que segons les darreres teories cosmològiques, és probable que tota la matèria de l’univers, inclosos nosaltres, vinguem del no-res.

Els físics diuen que el món és una proliferació contínua i bellugadissa d’entitats efímeres que es creen i desapareixen sense parar. Segurament és (i som) un conjunt de vibracions, una munió d’esdeveniments i de relacions, no de coses. Ens ho explica en Carlo Rovelli en un llibre que ja he comentat alguna altra vegada. En Rovelli ens parla també de la teoria dels llaços, segons la qual l’espai, que no és continu, està format per petits grans o quàntums d’espai, cent mil milions de milions de vegades més petits que el més petit dels nuclis atòmics. Aquests minúsculs grans no són enlloc, no poden ser enlloc perquè ells són l’espai. I el temps? Sabem què és el temps? La veritat és que és un concepte que tampoc acabem d’entendre, entre altres raons perquè no és únic: podem parlar del temps psicològic que experimentem quan recordem el passat, del temps termodinàmic que va passant mentre la sopa es refreda, o del temps cosmològic de l’univers en expansió. Però hi ha coses que la física sí que ens explica una mica. Gràcies a Ludwig Boltzmann i a molts físics del segle XX, ara sabem que només hi ha diferència entre passat i futur quan hi ha calor, perquè la distinció entre futur i passat es basa en que la calor va de les coses calentes a les més fredes. I, per què hi va? Per què la sopa que tenim al plat s’acaba refredant enlloc d’escalfar-se encara més? De fet, la resposta a aquesta darrera pregunta és molt sorprenent, i es troba a la base de tota la física moderna: la calor va del que és calent al que és fred per atzar. Perquè en els xocs entre molècules d’un objecte calent i molècules d’un de fred, és molt més probable que les primeres passin energia a les segones que no pas que veiem el fenomen contrari. La calor no va de les coses calentes a les fredes obligada per cap llei absoluta, sino que hi va només amb gran probabilitat, com ens deixa clar en Carlo Rovelli. Sabem que la sopa al plat es refreda, però hi ha una petita probabilitat, molt i molt petita, que algun dia veiem que s’escalfa encara més. Des de fa més d’un segle, la física ha hagut d’abandonar les certeses i acceptar que l’únic que podem saber de molts fenòmens del món super microscòpic és si són més o menys probables.

En resum: la matèria, tan real i palpable, és un conjunt de relacions i vibracions. L’espai són grans que no es troben enlloc, i el temps sorgeix de la probabilitat. Quasi res, oi?

Parlant de probabilitats, el darrer llibre que ha escrit en Sean Carroll, “The big picture”, força polèmic i que tot just he començat a llegir, és tot un viatge que va del més ínfim al món que experimentem, veiem i sentim. Un viatge, guiat per la física i les probabilitats, per aquest món d’extraordinària bellesa i diversitat que gaudim cada dia. Ara sabem, diu Carroll, que tot el que hi ha, objectes, plantes, animals i nosaltres, està fet amb molt pocs tipus de partícules elementals unides amb molts pocs tipus de forces bàsiques: el món i nosaltres mateixos som agregats amb un nombre astronòmic de molt poques peces: som quarks, gluons i electrons. Carroll defensa a més el que anomena “naturalisme poètic”, afirmant que tot el real és el que hi ha a la natura i en que no hi ha res fora de la natura. Si escalem les lleis fonamentals de la natura al món, als planetes i a nosaltres, Carroll argumenta que podem arribar fins i tot a estimar la probabilitat que existeixin Déu, l’ànima i la vida després de la mort. Segons comenta també en Michael Shermer, la conclusió de Sean Carroll és que aquestes probabilitats són molt petites.

La conclusió de Sean Carroll és contundent i a la vegada respectuosa. No parla categòricament, només ens explica el que és probable i el que no ho és. I el cert és que nosaltres tampoc som gaire probables. En Tim Radford diu que és clar que els àtoms no tenen vida, però que poden formar agregats molt i molt especials que anomenem “tu i jo”. La vida és un petit i efímer episodi que capgira temporalment aquest viatge inexorable de l’univers cap l’increment constant de la seva entropia, imposat pel segon principi de la termodinàmica. La vida és el fruit quasi màgic de la tendència metabòlica (hereva de la química) a construir, crear i complicar-se. Tot, gràcies a les lleis de la física.

El cert és que no sabem què som. Sabem que som éssers conscients perquè podem llegir aquest i altres textos, però curiosament ningú sap què és la consciència ni la pot definir, com bé ens recorda en Tim Radford. Ara bé, el que sí sabem és quins són els nostres components, i hem pogut descobrir algunes de les lleis d’aquesta natura de la que som part inseparable.

Aristòtil pensava que la Terra era al centre de l’univers i que estava formada de només quatre elements: terra, aigua, aire i foc. També creia que el Sol, la Lluna i els estels eren divins i perfectes, fets de matèria no terrenal: la quinta essència o èter. En vint segles hem avançat una mica, i ara hem vist que tot és fet de quarks, electrons i gluons amb un bany energètic de fotons. Vam començar amb quatre elements i al cap de 23 segles en tenim uns altres quatre. Això sí, amb una diferència: sabem que no hi ha quinta essència i que tot, Cel i Terra, són fets de les mateixes partícules elementals.

L’important, ens diuen els físics, és separar bé el que hem arribat a saber i que hem pogut comprovar i constatar, del que imaginem i suposem. La humanitat, quan era jove, creia en la quinta essència, i nosaltres quan érem petits creiem en els reis mags d’orient. Després hem vist que els reis no són tan mags, que tot l’Univers és fet del mateix tipus de matèria, i que no hi ha fantasmes ni bruixes. I és que les coses són molt més senzilles quan les sabem veure sense prejudicis. És clar que tothom té dret a pensar en mites imaginaris, però és bo saber que la ciència i els físics ens ajuden a desgranar el real d’allò que és, amb molt alta probabilitat, imaginari.

———

Per cert, en Bru Rovira diu que el que s’hauria de debatre a la ONU i a les cimeres internacionals és si primer és la indústria i després la política, o bé si la política decideix sobre la indústria. És a dir, cal debatre qui mana en els assumptes de la pau i l’ordre.

Higgs, les pomes, els perfums i l’any 9595

divendres, 6/07/2012

Poma.jpg Aquesta setmana, els científics del CERN han anunciat la descoberta d’una nova partícula, amb una massa 125 vegades la del protó. Ho han anunciat davant un auditori expectant que comptava amb la presència de Peter Higgs. Amb tota probabilitat, aquesta nova partícula és l’esperat bosó de Higgs.

Per dir-ho en poques paraules, el bosó de Higgs és el causant de que les coses que ens envolten tinguin massa. I les coses pesen i cauen a terra perquè tenen massa. Les pomes tenen massa, i per això pengen de les branques dels arbres i finalment (si ningú les recull) cauen a terra.

Isaac Newton (sembla ser que tot observant la caiguda d’una poma) va descobrir la llei de la gravitació universal. Newton ens va explicar que tots els objectes s’atrauen, sotmesos a la força gravitacional. La força d’atracció és proporcional al producte de les masses dels dos objectes, i inversament proporcional al quadrat de la seva distància. Podem caure a terra perquè la terra ens atrau. Quan els astronautes van anar a la lluna, evidentment tenien la mateixa massa que quan eren aquí, abans de marxar. Però a la lluna, el seu pes era menor perquè la massa de la lluna és molt menor que la massa de la terra. I, segons la llei de Newton, si una de les masses es redueix, la força d’atracció es redueix. La nostra massa i la massa dels nostres objectes no canvia; en canvi, el pes depèn d’on som. En física, la massa es mesura en quilos. Si pesem 70 quilos a nivell del mar, això implica que la nostra massa és de 70 quilos.

La nostra massa és la suma de les masses dels àtoms que formen les molècules i les cèl·lules del nostre cos. La massa dels àtoms és bàsicament la massa dels protons i neutrons dels seus nuclis. A més ara sabem que els protons i neutrons són conjunts de partícules elementals, els quarks. Tot plegat ho hem anat descobrint al llarg del temps, des dels Grecs i Demòcrit fins al segle XX. Però, qui els dona la massa, als quarks?

Una manera d’entendre el que significa el bosó de Higgs és entendre el concepte de camp, tal com el defineixen els físics. Amb la metàfora que em van explicar a les classes de física de batxillerat, un camp és com un perfum. Les olors dels perfums modifiquen l’entorn. Detectem els perfums quan passem prop d’una persona que el porta. Els camps son com les olors: modifiquen l’espai i els podem detectar a qualsevol lloc, fins i tot lluny del lloc on s’han generat.

En Peter Higgs, l’any 1964, va proposar la teoria que ara s’està corroborant. Segons Higgs, tot l’Univers, fins i tot el buit, està impregnat d’un camp invisible, constant i no nul. La mínima porció possible d’aquest camp és el bosó de Higgs. Aquest bosó és la unitat bàsica del camp de Higgs, és un quanta d’aquest camp segons l’actual terminologia de la física quàntica. El que hem trobat és una rajoleta d’aquest perfum que ens envolta i penetra, del perfum omnipresent de l’Univers. Però el camp de Higgs és un perfum que no podem percebre. De la mateixa manera que alguns animals perceben sons i olors que nosaltres no detectem, el camp de Higgs només el poden detectar les partícules elementals. Quan interaccionen amb el camp de Higgs, les partícules adquireixen massa. Però hi ha diferències: els quarks hi interaccionen més que l’electró, amb el camp de Higgs. Per això veiem que els quarks tenen una massa molt més gran que la dels electrons. Els electrons, en tenir menys massa, són més àgils i poden fàcilment produir tots els fenòmens elèctrics que coneixem.

El bosó de Higgs és la partícula que mancava per poder completar l’anomenat model estàndard de les partícules elementals. El model estàndard preveia que l’univers estava format per combinacions de 17 partícules elementals, i fins ara només n’havíem descobert setze…

La recerca en partícules elementals no és senzilla d’entendre ni d’explicar, però té un fort impacte mediàtic. Ens agradaria entendre l’estructura de l’Univers, de la mateixa manera que ens agradaria entendre l’estructura i funcionament del nostre cervell. La bona noticia és que en cap d’aquests camps (i tampoc en molts d’altres) ens avorrirem. Són tantes les preguntes pendents i tant immens el camp obert per noves investigacions, que no cal patir. Les properes generacions es plantejaran noves preguntes, cada cop entendran alguna cosa més, i cada cop tindran més preguntes pendents. Com diu en Michael Shermer, cal mantenir la curiositat, però és bo evitar l’actitud dels profetes que pronostiquen que tot passarà durant la seva pròpia existència. És millor pensar, com ell diu, que ho acabarem entenent tot una mica més l’any 9595, si és que algun dels nostres descendents hi arriba.