Uporządkowany chaos

Tomasz Rożek: Wszechświat jest uporządkowany, czy chaotyczny?
Prof. Marek Demiański: – Odpowiedź zależy tak naprawdę od skali, o której mówimy. Gdy przyjrzymy się Układowi Słonecznemu, to na pierwszy rzut oka wydaje się on uporządkowany. Mamy centralne Słońce i planety, które w sposób przewidywalny krążą wokół niego. Sytuacja zmienia się, gdy przechodzimy do większej skali. Chociażby do skali naszej galaktyki. Tam jest porządek, ale są też elementy chaosu. Większość gwiazd obraca się wokół centrum galaktyki, ale są i takie, które nie podlegają tym regularnym ruchom.

Ruch tych ostatnich jest chaotyczny, choć napędzany przez jedno z najbardziej podstawowych praw fizyki. Prawo powszechnego ciążenia poznają dzieci już w gimnazjum. Skąd ta sprzeczność?
– Prawo powszechnego ciążenia jest rzeczywiście zagadnieniem prostym, ale tylko dlatego, że zwykle rozważamy układ dwóch ciał. Chaos na poziomie galaktyki, o całym wszechświecie nawet nie wspominam, bierze się stąd, że w galaktyce jest bardzo dużo gwiazd. Bardzo, bardzo dużo. Oddziaływanie grawitacyjne między wieloma ciałami jest niezwykle skomplikowane. Stąd właśnie ten chaotyczny ruch.

Mówił Pan o wszechświecie w skali makro. Powiedzmy teraz coś o skali mikro. Wszechświat w znaczeniu cząstki, atomu...
– Tutaj sytuacja jest podoba do skali makro. Popatrzmy na taki prymitywny obrazek atomu. Centralne jądro i elektrony, które krążą po określonych orbitach wokół niego. Można by uznać, że jest to świat absolutnie uporządkowany. Nic bardziej mylnego. Jeżeli zaczniemy się temu układowi przyglądać dokładniej, to okazuje się, że elektrony krążą po zupełnie chaotycznych orbitach. Porządek pojawia się dopiero wtedy, gdy koncentrujemy się na jednym z nich i obserwujemy go przez bardzo długi czas.
Świat wokół nas składa się z trzech klocków. Proton, neutron, elektron. Ale cząstek jest znacznie więcej.

Skąd one się biorą? Gdzie się znajdują? Tworzą jakiś inny świat obok?
– W warunkach, w jakich żyjemy, rzeczywiście wszystko składa się z trzech, a właściwie czterech klocków, bo do już wymienionych należałoby dodać jeszcze foton. Grupa czterech wystarcza, by istniały słońca, planety i życie. Świat cząstek jest jednak dużo bogatszy. Pozostałe, których na co dzień nie obserwujemy, produkowane są podczas zderzeń tych cząstek normalnych przy wysokich energiach. Gdy zderzamy protony czy neutrony, okazuje się, że świat cząstek zaczyna się znacznie rozszerzać. Że jest ich dużo.

Dużo, to znaczy ile?
– Takich obiektów, które fizycy zauważyli, a które żyją wystarczająco długo, by mogli je zarejestrować, jest już kilkaset.

Jak wyglądają te, powiedzmy, egzotyczne cząstki? Są większe, czy mniejsze od tych zwykłych?
– Niektóre są większe, inne mniejsze. Ich wspólną cechą jest to, że bardzo krótko żyją.

Krótko, to znaczy ile?
– Bardzo krótko. Charakterystyczny czas życia wynosi 10–23 sekundy. To niewyobrażalnie krótko.