COSMO-15: Czy fizyka wkrótce znów przekroczy swe granice – by natychmiast wyznaczyć nowe?

W Warszawie dobiega końca międzynarodowa konferencja kosmologiczna COSMO-15. Od poniedziałku w gmachu dawnej Biblioteki Warszawskiej światowej klasy naukowcy dyskutowali nad fundamentalnymi zagadnieniami związanymi z pochodzeniem i wczesną ewolucją Wszechświata oraz jego obecną budową. Opinia większości specjalistów była spójna: najbliższe lata powinny przynieść niezwykle ciekawe odkrycia, zwłaszcza w zakresie badań nad ciemną materią.

Konferencja COSMO-15, która odbywała się w Warszawie w dniach 7-11 września, przyciągnęła fizyków, astrofizyków i kosmologów z całego świata. Najliczniej była reprezentowana Europa – 154 osoby, w tym najwięcej z Wielkiej Brytanii (44), Polski (33) i Niemiec (17). Z Azji przyjechało 112 naukowców, z Ameryki Północnej – 27, z Ameryki Południowej – 8, z Australii – 4.

W pierwszej części konferencji COSMO-15, obejmującej sesje poniedziałkowe i wtorkowe, koncentrowano się na rozważaniach dotyczących kosmologii obserwacyjnej, astrofizyki cząstek, w tym neutrin, oraz ciemnej materii. Seria wykładów dotyczyła m.in. możliwości wykrycia neutralin, a więc najlżejszych hipotetycznych cząstek elementarnych o dużej masie (znanych jako WIMP), mogących tworzyć ciemną materię. Niektóre dyskutowane w trakcie konferencji dane eksperymentalne zdają się wskazywać, że pierwsze ślady ciemnej materii być może już zaobserwowano, ale doniesienia te jeszcze budzą wątpliwości. Największe nadzieje fizycy wiążą z nową generacją detektorów, tzw. jednotonowych, takich jak budowany obecnie XENON1T w Gran Sasso niedaleko Rzymu. Detektor ten rozpocznie pracę w najbliższych miesiącach i teoretycy mają nadzieję, że jeśli neutralina rzeczywiście istnieją, w ciągu dwóch lat będzie można je po raz pierwszy zarejestrować.

Dużym zainteresowaniem uczestników konferencji cieszyła się tematyka sesji czwartkowych, kontynuowanych także w piątek. Poruszane tematy dotyczyły m.in. opisu wczesnych faz ewolucji Wszechświata po Wielkim Wybuchu, gdzie istotną rolę odgrywają modele kosmologiczne z inflacją – ekstremalnie krótką fazą ewolucji kosmosu, w trakcie której czasoprzestrzeń rozszerzała się wiele rzędów wielkości szybciej niż dziś. Obecny stan rozwoju tych modeli dochodzi już do etapu, na którym możliwe staje się wskazanie podejść z większym prawdopodobieństwem niż inne pasujących do obserwowanych cech Wszechświata.

Szczególnie inspirującą problematyką okazały się czarne dziury, jednak nie te, które obecnie obserwujemy we Wszechświecie, a matematyczne, abstrakcyjne twory wyłaniające się z wielowymiarowych teorii strun i ich rozszerzeń. Wielu fizyków jest przekonanych, że zrozumienie podstaw matematycznych umożliwiających poznanie takich obiektów doprowadzi w przyszłości fizykę do teorii pozwalającej opisać nie tylko zjawiska zachodzące we Wszechświecie tuż po Wielkim Wybuchu, ale być może także sam Wielki Wybuch.

„Jesteśmy świadomi, że teoretycy mają tu do wykonania gigantyczną, wyjątkowo trudną pracę intelektualną, u samych fundamentów przyszłych teorii fizycznych. Efekty tej pracy będzie można zobaczyć za 10 lat, może za 50, a kto wie, czy nie za 100. Jest to więc praca u podstaw, którą jednak musimy podejmować, jeśli chcemy kiedyś lepiej zrozumieć genezę Wszechświata”, mówi prof. Leszek Roszkowski z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku, przewodniczący komitetów organizacyjnego i naukowego konferencji COSMO-15.

Trudności w doświadczalnym testowaniu nowych, coraz bardziej wyrafinowanych teorii kosmologicznych stawiają naukowców w niezwykle trudnej sytuacji. Czy jest jeszcze nauką teoria, której nie można potwierdzić z powodu ograniczeń technologicznych? Czy może nią być teoria, której sfalsyfikowanie wydaje się wręcz niemożliwe z przyczyn fundamentalnych? Zagadnienia tego typu były dyskutowane w trakcie otwartej debaty, przeprowadzonej w czwartek wieczorem w auli dawnej Biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego. Uczestniczyli w niej światowej klasy profesorowie: Stephen Barr (Bartol Institute, University of Delaware), Raphael Bousso (University of Berkeley), Kari Enqvist (University of Helsinki), Katherine Freese (Nordita, Szwecja, oraz University of Michigan) oraz Juan Maldacena (Institute for Advanced Studies, Princeton University). Moderatorem debaty był prof. Leszek Roszkowski z NCBJ.

W trakcie dyskusji naukowcy wskazali wydarzenia o największym znaczeniu dla rozwoju kosmologii, takie jak odkrycie mikrofalowego promieniowania kosmicznego tła, zaobserwowanie jego fluktuacji przez satelitę COBE, odkrycie przyspieszania ekspansji Wszechświata czy obserwacje grawitacyjnej obecności ciemnej materii w kosmosie. Paneliści podkreślili, że jeszcze niedawno Wszechświat w wyobrażeniu nauki wydawał się być bardzo nudnym tworem, zbudowanym z jednej galaktyki, niezmiennym, pustym i zimnym. Dopiero rozwój nauki w XX wieku przyniósł przełom za przełomem. W ostatnich stu latach rozmiar Wszechświata ,,ożył” i okazał się niesamowicie interesujący.

Dziś pojawiają się teorie sugerujące, że nasz wszechświat może być jedynie niewielkim fragmentem znacznie większego Wieloświata, którego poszczególne obszary różnią się wartościami stałych fizycznych, a nawet prawami fizyki. Takie wszechświaty pozostawałyby poza zasięgiem weryfikacji obserwacyjnej i doświadczalnej. Paneliści stwierdzili jednak, że w historii nauki wielokrotnie występowały sytuacje, gdy nowe teorie prowadziły do hipotez pozornie niemożliwych do zweryfikowania, które z czasem jednak udało się sfalsyfikować. Przykładem mogą tu być obie teorie względności Alberta Einsteina. Podczas dyskusji podkreślono, że nawet nasze dzisiejsze teorie często opierają się na nieweryfikowalnych założeniach, bo np. nie jesteśmy w stanie zmierzyć, czy pole grawitacyjne bądź elektromagnetyczne rzeczywiście jest obecne w każdym punkcie Wszechświata.

Prof. Maldacena zauważył, że na obecnym etapie nasze teorie dotyczące Wieloświata są po prostu zbyt prymitywne by go dobrze opisać. Z kolei prof. Bousso stwierdził, że możliwa jest weryfikacja pośrednia: teorie opisujące Wieloświat formułują przewidywania dotyczące także naszego Wszechświata i tę część teorii można będzie w przyszłości sfalsyfikować. Prof. Enqvist przypomniał, że jeszcze nie tak dawno najwybitniejsi uczeni sądzili, że ruchy planet są zjawiskami, których wyjaśnienie przekracza możliwości ludzkiego pojmowania.

„Sądzę, że nauka była i zawsze będzie napędzana przez doświadczenia. Historia pokazuje, że nawet gdy już się nam wydaje, że postęp w badaniach zwalnia, nagle pojawiają się nowe, zaskakujące wyniki, stymulujące rozwój. Granice nauki są wyznaczane naszymi możliwościami technicznymi i tak długo, jak długo technika będzie się rozwijać, tak długo będziemy świadkami postępu nauki”, komentuje prof. Katherine Freese.

„Dlaczego mówimy o granicach nauki? By móc je w rozsądny sposób przekraczać! Nauka jest piękna. Nauka jest niezwykle ważna i mówi nam wiele prawdziwych rzeczy o świecie. Jednak nie możemy jej bezkrytycznie przekształcać w coś, czym po prostu nie jest. Musimy pamiętać, że wszystko ma swoje ograniczenia, a nauka i jej metody nie są tu żadnym wyjątkiem. Dlatego sądzę, że ogromną pomyłką jest myślenie, że nauka może przynieść odpowiedzi na wszystkie pytania”, mówi z kolei prof. Stephen Barr.

Konferencje COSMO są organizowane od 1997 roku. Organizatorem pierwszej konferencji, w Ambleside w północno-zachodnim zakątku Anglii, był prof. Roszkowski (wówczas na University of Lancaster), a wśród gości znalazły się takie sławy jak prof. Stephen Hawking z University of Cambrigde i prof. Andrei Linde ze Stanford University (obaj uczeni do dziś są członkami komitetu nadzorującego konferencji, któremu od początku przewodniczy prof. Roszkowski). Od tego czasu coroczne konferencje odbywały się w wielu wiodących ośrodkach badawczych całego świata, m.in. w Genewie (CERN), Chicago, Cambridge i Tokio. Tradycyjnie co drugi rok konferencja wraca do Europy. W tym roku konferencja po raz pierwszy zawitała do Polski.

Głównym organizatorem COSMO-15 było Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku. Przyszłoroczna konferencja COSMO będzie gościć w murach University of Michigan w Ann Arbor, USA.

Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) to największy instytut badawczy w Polsce, zatrudniający ok. tysiąca pracowników. NCBJ powstał w 2011 roku z połączenia Instytutu Problemów Jądrowych i Instytutu Energii Atomowej POLATOM i zajmuje się wspieraniem budowy polskiej energetyki jądrowej, badaniami podstawowymi z dziedziny fizyki subatomowej (fizyka cząstek elementarnych i jądrowa, fizyka plazmy gorącej itp.) oraz stosowaniem metod fizyki jądrowej i produkcją urządzeń dla rozmaitych gałęzi nauki i gospodarki, w tym medycyny. Ośrodek uczestniczy w międzynarodowych pracach nad reaktorami jądrowymi IV generacji i fuzją termojądrową.

KONTAKTY:

                prof. dr hab. Leszek Roszkowski

                Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku

                tel. +48 22 5532161, +48 22 6221613

                email: leszek.roszkowski@ncbj.gov.pl