Amintindu-ne de Joe Polchinski, fizicianul modest care a conceput un multivers

Modestia nu este o calitate des întâlnită din abundență la fizicieni. Poate pentru că Joe Polchinski le avea pe toate.

Eul substanțial este, fără îndoială, o calificare necesară pentru oricine încearcă să smulgă cele mai adânci secrete ale naturii din bârlogurile lor matematice. Și în multe cazuri, ego-ul pare proporțional cu mărimea realizărilor unui fizician. Dar dacă ai împărți realizările lui Polchinski la ego-ul său, răspunsul ar fi mult mai aproape de infinit decât de unitate.

Polchinski a murit luna aceasta. Avea 63 de ani. Fizicienii din întreaga lume au deplâns pierderea unuia dintre cei mai creativi teoreticieni ai lor. Și una dintre cele mai respectate persoane ale lor.

Polchinski a fost un pionier timpuriu al teoriei corzilor, aparatul matematic înfățișând particulele de bază ale materiei și forței ca fire de energie zdruncinate superminute cunoscute sub numele de superstringuri. Contribuțiile sale în domeniu au fost imense. Ca tânăr profesor la Universitatea Texas din Austin, în anii 1980, a dezvoltat o ramură a teoriei superstringurilor care implică obiecte numite supermembrane.

Superstringurile sunt obiecte unidimensionale (cum ar fi liniile, deci „șirurile”) care vibrează ca benzile de cauciuc în spațiul multidimensional. (Matematica șirurilor presupunea mai multe dimensiuni decât cele trei obișnuite.) Polchinski a explorat posibilitatea ca acele dimensiuni multiple să conțină membrane bidimensionale, un fel ca filmul care formează suprafața unui balon de săpun. El și studenții săi au obținut matematica care descrie astfel de supermembrane care trăiesc în 11 dimensiuni (10 de spațiu, una de timp).

Supermembranele nu au prins la început. „Cei mai mulți teoreticieni ai corzilor, inclusiv eu, au presupus că sunt o ramură aberantă a teoriei reale”, a scris Polchinski în memoriile sale. Dar câțiva teoreticieni, în special Michael Duff (atunci la Universitatea Texas A&M) au devenit susținători vocali ai supermembranei. Când Duff a vizitat Austin, Polchinksi a spus că tocmai glumea când a inventat supermembranele. La care Duff a răspuns: „Multe cuvinte adevărate sunt rostite în glumă”.

Adevărul glumei lui Polchinski a devenit evident câțiva ani mai târziu, după ce s-a mutat la Universitatea din California, Santa Barbara. El a descoperit că o variantă a supermembranelor sale, cunoscută sub numele de D-brane, a jucat un rol cheie în a da sens teoriei superstringurilor. Unele fire de sfoară aveau nevoie de o suprafață de care să se atașeze punctele de capăt. D-branele au asigurat o astfel de suprafață. D-branele au ajutat, de asemenea, la explicarea altor mistere ale teoriei corzilor. Dintr-o dată, corzile și branele nu mai erau ramuri separate de cercetare, ci părți integrate ale unei teorii mai puternice.

Avansul D-brane al lui Polchinksi s-a îmbinat bine cu o demonstrație recentă a fizicianului Edward Witten că diferite versiuni ale teoriei corzilor erau doar deghizări diferite ale unui edificiu matematic general numit teoria M. Au apărut speranțe că teoria supremă a fizicii era la îndemână – o teorie care ar unifica gravitația cu fizica cuantică, împreună cu specificarea tuturor varietăților și proprietăților materiei și forței din univers. Polchinski cu siguranță că așa a sperat. În special, el a dorit ca teoria să elimine posibilitatea ca o energie respingătoare să perfuze tot spațiul. Dar apoi astronomii au descoperit că ceva (cel mai probabil doar o astfel de energie respingătoare) conducea într-adevăr spațiul să se extindă într-un ritm accelerat.

Poate că teoria corzilor/branei/M ar explica cantitatea de energie misterioasă „întunecată” din spațiu și totul ar fi bine. Dar nu. Lucrând cu fizicianul Raphael Bousso, Polchinski a descoperit că teoria corzilor nu a specificat câtă energie conține vidul spațiului. În schimb, teoria a prezis un număr practic nenumărat de stări de vid, cu aproape orice cantitate de energie respingătoare pe care ți-o poți imagina. Cu alte cuvinte, teoria corzilor a descris un giga-gaggle de universuri diferite – un multivers.

Modestia lui Polchinski s-a manifestat în reacția lui la această situație. Ura ideea unui multivers, pentru că presupunea că unele întrebări nu aveau răspunsuri pe care fizicienii le puteau calcula. Nicio ecuație nu ar putea specifica cantitatea de energie întunecată; ar fi doar noroc – determinat de ce univers are cantitatea potrivită de energie întunecată pentru a-l face primitor vieții (o idee cunoscută sub numele de principiul antropic). Polchinski a promis odată să renunțe la fizică dacă ar exista energia întunecată și a implicat nevoia unui raționament antropic. Dar, spre deosebire de mulți fizicieni care își apără cu fermitate punctele de vedere împotriva dovezilor contrare, Polchinski s-a răzgândit.

La început, a fost reticent să recunoască. Și apoi un civil l-a întrebat ce părere au fizicienii despre principiul antropic.

„Am spus că nimeni nu crede asta, iar când am spus asta, am știut că mint”, mi-a spus el. „Știam că dovezile se înmulțesc pentru principiul antropic. Și chiar că nu voiam să mai mint. De aceea am început să vorbesc despre asta.”

Nu era doar modest. A fost politicos, prietenos și întotdeauna extrem de util pentru oricine avea nevoie de ajutor, cum ar fi jurnaliştii care încercau să scrie despre teoria corzilor. Când l-am intervievat în 2006, el a explicat aspectele tehnice ale lucrării sale cu o claritate colocvială. Apoi l-am întrebat despre plângerea unui fizician proeminent că teoreticienii corzilor făceau practic macrame. Polchinski a răspuns că „în cel mai rău caz, ai putea spune că fac matematică”. Și apoi a spus: „Ce este macrame?”

Când am întrebat despre multivers și despre principiul antropic, el a subliniat că face parte din știință să afle ce fel de lucruri poate prezice știința. „Nu știm a priori cât de predictivă este știința”, a spus el. „Nu știm ce lucruri sunt absolut previzibile și care nu sunt și trebuie să găsim răspunsul la acest lucru cât putem. Există o serie de trenuri de gândire care indică faptul că lucrurile sunt mai puțin previzibile și, dacă așa stau lucrurile, așa stau lucrurile. Definițiile arbitrare ale științei nu ar trebui să afecteze încercările cuiva de a-și da seama cum sunt lucrurile cu adevărat.”

Într-o discuție pregătită pentru o întâlnire la München în decembrie 2015, Polchinski și-a prezentat argumentele finale în favoarea teoriei corzilor și a multiversului. Nu a apucat să susțină acea discuție – a fost diagnosticat cu cancer la creier cu doar câteva zile înainte. Un alt fizician a prezentat discursul pentru el, iar textul este disponibil online. Spre sfârșitul acelei lucrări, Polchinski și-a oferit predicția pentru anul 2031:

„Este că ne vom fi dat seama de teoria gravitației cuantice și că aceasta va fi construită pe teoria corzilor. Ce și cât de mult va putea prezice nu pot spune; cât de mult poate fi prezis este ceva de descoperit.” El și-a exprimat optimismul că nu numai că fizicienii vor descoperi teoria gravitației cuantice până în 2031, dar vor ști cu siguranță că este corectă. „Desigur că muncesc din greu pentru a reduce intervalul”, a spus Polchinski. „Vreau să știu răspunsul.”

Nu a trăit să vadă răspunsul. Dar, din cauza muncii lui, este mai probabil ca cei care încă în preajmă în 2031 o vor face.

Urmărește-mă pe Twitter: @tom_siegfried