Wielcy zdobywcy Nagrody Nobla byli niscy i szybcy

„Tam na dole jest mnóstwo miejsca.” Tak oświadczył fizyk Richard Feynman w 1959 roku, zapowiadając nową dziedzinę nanofizyki: badanie bardzo małych rzeczy.

Cytat Feynmana utkwił mi w pamięci w zeszłym tygodniu, po przyznaniu Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki trzem naukowcom, którzy odkryli, jak wytwarzać impulsy światła laserowego o długości zaledwie jednej milionowej bilionowej części sekundy, wystarczająco szybkie, aby śledzić ruchy światła laserowego . Elektrony w reakcji chemicznej.

Następnego dnia Nagroda Nobla w dziedzinie chemii trafiła do trzech naukowców, którzy nauczyli się składać atomy w kropki kwantowe – zlepki tak małe, że uważa się je za całkowicie bezwymiarowe.

Nagrody przypomniały, jak bardzo jesteśmy odłączeni od skali, w jakiej zachodzą najważniejsze procesy w przyrodzie.

Większość mojej kariery spędziłem, pisząc o sprawach na większą skalę, zwłaszcza o wszechświecie, gdzie czas mierzy się w stuleciach, a odległość w latach świetlnych, a każdy rok świetlny rozciąga się na 6 bilionów mil. Cykle życia gwiazd mierzone są w milionach lub miliardach lat. Według niektórych szacunków czarne dziury mogą istnieć w pobliżu, pochłaniając je żarłocznie przez 10^100 lat.

Jednakże atomy mierzy się w ułamkach nanometra, czyli około trzech milionowych cala. Według mojego kolegi Carla ZimmeraW moim ciele znajduje się miliard miliardów miliardów atomów, pogrupowanych w około 37 bilionów komórek, które wykonują całą pracę, aby utrzymać mnie przy życiu i świadomości.

Reakcje chemiczne mierzy się w totosekundach; Bezpieczne, ale ryzykowne jest stwierdzenie, że w każdej z 37 bilionów komórek, którymi jestem, co sekundę może zachodzić aż milion bilionów reakcji chemicznych. Powiedzieć: „Zawieram mnóstwo” jest rażącym niedopowiedzeniem.

Liczby przyprawiają mnie o zawroty głowy i zmęczenie. Jak możesz śledzić tak wiele rzeczy, które dzieją się tak szybko, a wszystko to rządzi się mechaniką kwantową, domowymi zasadami dotyczącymi bardzo małych rzeczy, według których wszystko może znajdować się wszędzie, dopóki tego nie zmierzysz?

Wypadki kwantowe zdarzają się cały czas. Dlaczego po prostu nie zniknąłem w kwantowym szaleństwie niczym kot Schrödingera, żywy i martwy jednocześnie? Mogę jedynie stwierdzić, że liczby astrologiczne, które nas tworzą, zapewniają bezpieczeństwo i stabilność. Być może duże liczby stanowią bastion chroniący przed niepewnością ilościową. Więc oto jestem – tak myślę.

My, ludzie, tkwimy mniej więcej pośrodku kosmicznej skali – na średniej wysokości, która stanowi jedną setną jednej septylionowej (10^-24) wielkości obserwowalnego Wszechświata, a typowa długość życia wynosi kilka oktylionów attosekund. Attosekunda to wieczność w porównaniu z czasem życia nieuchwytnego bozonu Higgsa, cząstki subatomowej, która istnieje przez tysięczną attosekundy, zanim ulegnie rozpadowi.

Według astrofizyków jedno z najbardziej dramatycznych i fundamentalnych wydarzeń we wszechświecie, znane jako inflacja, trwało zaledwie jedną setną kiktosekundy (10^-32 sekundy), po tym jak czas zaczął kształtować czasoprzestrzeń oraz cząstki i siły, które zamieszkać w nim.

Jak zauważył dr Feynman, nadal istnieją krótsze skale czasu i odległości, zanim osiągniemy ostateczne granice narzucone przez fizykę kwantową: długość Plancka 10^-33 centymetrów i czas Plancka 10^-43 centymetrów na sekundę. Obydwa zostały nazwane na cześć niemieckiego fizyka Maxa Plancka, który dokonał przełomu, który doprowadził do powstania mechaniki kwantowej.

Mając więcej energii, pieniędzy i kreatywności, nauka może kontynuować podróż przez przestrzeń wewnętrzną do tych granic, nawet gdy dotrzemy do gwiazd. Świat pod naszymi paznokciami i wewnątrz nich może być równie ekscytujący i ekscytujący, jak spektakl, który rozgrywa się nad nami każdej nocy.