Najmniejsze cegiełki materii

Poczciwym laikom grozi poważne niebezpieczeństwo ze strony wścibskich fizyków niedyskretnie podglądających najbardziej intymne tajemnice przyrody. Odkrycia współczesnej fizyki i coraz groźniejsze nazwy bez przerwy spadają na zmaltretowaną świadomość niefizyków. Tej powodzi rozmaitych protonów, neutronów, mezonów, waritronów – zdaje się że końca nie ma. Ledwie zdążymy nauczyć się wymawiać jakąś skomplikowaną nazwę, ledwie zdążymy oswoić się z jakimś pojęciem, ledwie zdążymy z trudem wytworzyć sobie jako tako przejrzysty obraz budowy atomu według najnowszych poglądów fizyki, a tu okazuje się, że owe „najnowsze“ poglądy zdążyły się zestarzeć, że są to zupełnie przestarzałe wiadomości z „dawnych“ czasów. Fizycy nawet na krótko nie chcą nam pozostawić złudzenia, że coś niecoś wiemy o atomie. Z jakąś szatańską zaiste złośliwością coraz nowymi wynikami gmatwają nasze poglądy na budowę materii.

Sądzę więc, że pożyteczne będzie, jeśli postaramy się wprowadzić pewien ład do tej gmatwaniny pojęć i nazw. Od razu jednak musimy się zastrzec, że jeżeli nawet uda się to nam, to nie na długo. Fizycy bowiem nie próżnują i zaskoczą nas zapewne wkrótce nowymi „dziwolągami“, mimo że nie tak łatwo jest już dziś nas czymś zadziwić.

Postaramy się wymienić i krótko scharakteryzować wszystkie poznane dotąd przez fizykę cegiełki materii, czyli jej składniki elementarne. Na samym wstępie musimy zaznaczyć, że z samych cząstek w ścisłym tego słowa znaczeniu, jak elektrony czy protony, fizyka nie potrafi stworzyć pełnego obrazu budowy materii.

Jedną z form występowania materii jest również pole elektromagnetyczne. Nie mamy żadnego powodu odmawiać mu „materialności“, gdyż posiada taką samą realność fizyczną jak „zwykłe“ cząstki materii.

Wiemy już od kilkudziesięciu lat, że światło, stanowiące fale elektromagnetyczne, posiada strukturę dwoistą i w pewnych warunkach zataja swój charakter falowy, ujawnia natomiast charakter cząsteczkowy, korpuskularny. Cząstki światła, czyli niejako cząstki pola elektromagnetycznego — są to dobrze nam znane kwanty, czyli fotony. Przy czym owe fotony mogą się przekształcać w „bezsporne“ cząstki materialne: elektrony zwykłe (ujemne) i elektrony dodatnie (czyli pozytrony). Proces ten nazywa się często materializacją energii. Jest to oczywiście nazwa dość niefortunna, gdyż foton przed tą „materializacją“ był w istocie rzeczy tak samo materialny, jak cząstki, które z niego powstały. Znamy też procesy odwrotne, równie niefortunnie nazywane dematerializacją lub anihilacją materii. Gdy pozytron spotyka się z elektronem, powstają dwa kwanty (promieni y ).

Czy pole elektromagnetyczne jest jedynym rodzajem pola, którym musimy uzupełnić spis składników elementarnych materii?

Nie. Istnieje przecież również pole ciążenia, czyli pole grawitacyjne, które niczym nie zasłużyło na to, abyśmy o nim zapomnieli. Każde dwie masy przyciągają się. A więc każda masa wytwarza wokół siebie pole grawitacyjne. Otóż teoretycy przypisali temu polu grawitacyjne odpowiedniki fotonów, które nazwano grawitonami. Grawiton jest więc taką cząstką pola grawitacyjnego, jak foton — elektromagnetycznego. I co więcej, prace teoretyczne fizyków radzieckich, Iwanienki i Sokołowa, oparte na mechanice kwantowej relatywistycznej (tj. z uwzględnieniem teorii względności), wykazały możliwość przejścia pary elektron + pozytron w dwa grawitony (proces analogiczny do anihilacji pary elektron + pozytron z przekształceniem jej w fotony) i odwrotnie „materializacji“ grawitonów w „zwykłe“ cząstki materii.

Rozpatrując rozmaite realne procesy fizyczne, pomijamy zazwyczaj grawitony i ich przekształcenia. Nie popełniamy jednak wielkiego błędu, gdyż prawdopodobieństwo wspomnianych przekształceń grawitacyjnych jest w warunkach, jakie panują na Ziemi i innych znanych nam planetach i gwiazdach, zupełnie znikome.

Musimy jednak pamiętać, że dostępny dotąd naszym badaniom obszar Wszechświata jest niezmiernie mały w porównaniu z nieskończonym ogromem całego Wszechświata. Czymże bowiem są w skali Wszechświata rozmiary rzędu miliarda lat świetlnych? Tylko mikroskopijnym punkcikiem. A to są przecież największe odległości, które potrafimy uchwycić najsubtelniejszymi metodami a-stronomicznymi. Nic natomiast nie wiemy jeszcze, co się dzieje poza zbadanym obszarem Wszechświata.

A czy wiemy, jakie warunki panowały w tym choćby obszarze, ale bardzo dawno? Na podstawie danych, dotyczących rozpadu promieniotwórczego pewnych pierwiastków chemicznych, np. uranu i toru, czy na podstawie najdłuższych okresów obrotu mgławic, możemy wyciągać wnioski jedynie o niezbyt odległej przeszłości naszego świata. Dostępne nam dzieje Wszechświata sięgają w przeszłość zaledwie na jakieś 10 miliardów lat. Czymże jest to dla całej historii Wszechświata? Jedną chwilką — jeśli użyjemy słów Mickiewicza z „Improwizacji“. A jakie warunki panowały we Wszechświecie przed tą chwilką — nie wiemy. Nie wiemy również, jakie warunki zaistnieją we Wszechświecie w odległej przyszłości.