Въпросът на всичко от Сузи Шийхи преглед – 12 експеримента, които промениха света | Книги за наука и природа


азПрез 1895 г. немският физик Вилхелм Рьонтген забелязва, че екран с фосфорно покритие излъчва зелена светлина, когато е изложен на електронно-лъчева тръба. Той бързо осъзна, че е открил нов невидим лъч. Попитан какво си помисли, когато видя тази зелена светлина, той отговори: „Не съм мислил. Разследвах.” Всъщност той прекара седем седмици в разследване, заключен в лабораторията си и излизаше едва когато съпругата му Анна настоя да яде нещо. Той възнагради загрижеността й за неговото благополучие, като използва непознатите лъчи, за да направи изображение на ръката й върху фотографска плоча. Доказа, че могат да пътуват през кожата и плътта: чинията разкрива костите и брачната халка. Когато видя образа, тя беше ужасена и каза: „Видях смъртта си!“

В бележника си Рьонтген използва буква, за да обозначи непознатите лъчи: „рентгенови лъчи“. Както казва Шийхи, това е „вероятно най-доброто неволно брандиране в историята на физиката“. В рамките на една година след откриването му, рентгеновите лъчи са били използвани за откриване на шрапнели в телата на войници на бойното поле.

Въпросът как електронно-лъчевите тръби излъчват рентгенови лъчи доведе до основополагащото откритие през 1897 г. на електрона – първата субатомна частица. Атомите вече не се смятаха за най-малкото неделимо образувание в природата. Действително, следващият век ще разкрие цял каталог от частици, напълно променяйки нашето разбиране за материята.

Ключовият въпрос за австралийската физика Сузи Шийхи е следният: „Какво е материята и как взаимодейства тя, за да създаде всичко около нас – включително нас самите?“ Тя описва работата си, в която се опитва да отговори на този въпрос, като изучава най-малките съставки в природата и силите, които ги управляват, като „едно от най-вълнуващите, сложни и креативни приключения, в които хората някога са се впускали“.

Нейната специализация е физика на ускорителите, област, която използва някои от най-големите машини, изобретявани някога, за да манипулират материята в малък мащаб. Може да си помислите, че езотерична област, която няма никакво отношение към ежедневния ни живот. Но както тя показва, физиката на елементарните частици промени драстично начина ни на живот през последния век. Най-близката ви болница почти сигурно има ускорител на частици, вашият смартфон разчита на квантовата механика, а Тим Бърнърс-Лий изобрети световната мрежа, за да помогне на учените да споделят огромните количества данни, получени от експерименти с частици.

Шийхи не е теоретик, съвременен Айнщайн създава спекулативни хипотези за природата на реалността. По-скоро тя е експериментален физик, който проектира оборудване, което разширява границите на настоящите технологии и генерира нови данни и въпроси. Това е трудна работа, която изисква любопитство, страст и упоритост.

В книгата си – която често е сложна, но никога по-малко от завладяваща – тя използва 12 експеримента, за да покаже как физиката на елементарните частици е оформила нашето разбиране за света, в който живеем. Тя започва с откритието на Рьонтген, преди да премине към ранни експерименти, показващи, че атомът е съставен предимно от празно пространство, с плътно ядро, заобиколено от електрони, и до създаването на първите ускорители на частици през 30-те години на миналия век.

След успеха на свръхсекретния проект Манхатън за изграждане на атомна бомба по време на Втората световна война, физиците прегърнаха широкомащабния подход на сътрудничество. Това беше началото на Голямата наука. Отминаха дните на самотни изследователи, като Рьонтген, които се трудеха в своите лаборатории – сега физиката беше за гигантски, скъпи машини, проектирани от групи експериментални учени, поддържани от специалисти инженери и управлявани от специален персонал. Резултатите бяха интерпретирани от екипи от учени от цял ​​свят. Тези методи доведоха до потоп от нови частици, от пиони до позитрони.

Търсенето кулминира – поне засега – с Голям адронен колайдер в ЦЕРН, 27-километров кръгов протонен ускорител, на 100 метра под земята близо до Женева. Отне две и половина десетилетия, за да се построи, ръководено от уелския физик Линдън Евънс, известен като „Евънс атомът“.

Шийхи, който е работил в CERN, насочва читателя към този триумф на инженерно и научно сътрудничество, „един от най-големите експерименти, правени някога“. Описана като най-голямата машина на Земята, тя е толкова чувствителна, че трябва да бъде коригирана за невероятно малки ефекти, като движението на земната кора поради слънцето и луната, или преминаването на високоскоростни влакове – всичко, което ще нарушават протонната орбита.

Един протон е милион милиони пъти по-малък от песъчинка. LHC „доставя два лъча от стотици милиарди протони до 99,999999 процента от скоростта на светлината, фокусира ги до по-малко от ширината на косъм и след това ги сблъсква“. Неговата задача беше да открие една-единствена и много неуловима частица – бозона на Хигс, предсказан през 1964 г. Тази цел беше постигната през 2012 г. благодарение на сътрудничеството на половината от 13 000 физици в света и черпенето на ресурсите на 110 държави.

В крайна сметка, както ни казва Шийхи, физиката не е само в търсенето на това как работи Вселената: „Физиката е всичко за хората“. Пътешествието й през историята на физиката на елементарните частици разкрива изключителната изобретателност на експериментаторите и тяхната безкористна отдаденост да отговарят на големи въпроси за материята и Вселената. Това е област, която донесе огромни ползи за човечеството, от нови медицински технологии за изображения до лечение на рак. Но в крайна сметка може да е примерът на физиците да работят заедно за решаване на проблеми, които ще се окажат най-ценните за всички нас, във време, когато светът е изправен пред несравними предизвикателства. Както казва Шийхи: „Няма нищо по-мощно от хората, които се обединяват в съвместни усилия.“

Въпросът на всичко: Дванадесет експеримента, които промениха нашия свят е публикуван от Bloomsbury (£20). За да подкрепите Guardian и Observer, поръчайте вашето копие на адрес guardianbookshop.com. Може да се прилагат такси за доставка.