Pregătindu-se pentru încheierea Anului Internațional al Luminii și Tehnologiilor Bazate pe Lumină, două instituții emblematice ale Franței, École Polytechnique și Muzeul Luvru, au organizat împreună un eveniment extraordinar, la intersecția a două lumi aparent total diferite: arta și știința.
Colocviul a pornit de la aniversarea a 200 de ani de la istoricul memoriu al lui Augustin Fresenel în care era demonstrat – definitiv, cred că se poate spune – caracterul ondulatoriu al luminii. Cu doar câțiva ani mai devreme, în 1802, Thomas Young publica „Despre teoria luminii și a culorilor”, după ce, cu un an înainte, realizase pentru prima oară ceea ce avea să devină unul dintre cele mai mari experimente din istoria fizicii: experimentul dublei fante.
Astfel, Young și Fresnel „forțează” acceptarea unei „duble existențe” a luminii: cea corpusculară, a lui Newton și cea ondulatorie, care debuta în 1678 cu „Tratatul despre lumină” al lui Christian Huygens. Simplă istorie? Nu cred. Cum spunea George Smoot (Nobel 2006 pentru „prima citire” a hărții fondului de microunde al Universului), 99.8% din ceea ce cunoaștem din lume se datorează luminii.
Înțelegerea lumii
După momentul de răscruce din 1924, când Louis de Broglie introduce ideea dualismului undă-corpuscul, arătând că lumina este… cum o privești, fie corpuscul, fie undă, nu doar fizica, ci întreaga gândire omenească s-a schimbat. Lumina-corpuscul a adus Mecanica Cuantică. Lumina-undă a deschis drumul spre laser și, în zilele pe care le trăim, spre lumina extremă.
Când vom avea „prima lumină” la ELI-NP, se vor fi împlinit 340 de ani de la Tratatul lui Huygens și lumea (nu doar cea a științei!) va fi „instalată” ferm la scara Peta. De la scara miilor (Kilo), milioanelor (Mega) și miliardelor (Giga), vom începe să gândim la scara milioanelor de miliarde.
O revoluție care va trebui să facă parte la multe noi provocări, dintre care două sunt cele rezumate în citatele care însoțesc acest articol: relația cu oamenii obișnuiți, pentru care trebuie să găsim, cu răbdare, înțelegere și inspirație cuvintele potrivite pentru a-i apropia de știință și oamenii care o fac (plătiți din banii lor) și, pe de altă parte, inevitabila nevoie de interdisciplinaritate.
Înțelegerea lumii, de la dimensiuni subatomice la cele cosmice, nu poate fi decât una singură. Căile, însă, pentru a ajunge la ea, sunt multiple. Știm de ceva timp că nici o știință singură nu este de ajuns pentru cunoașterea finală. Ceea ce ne arată Colocviul de la Paris este că putem câștiga încă și mai mult adăugând cunoașterii prin științe și cunoașterea prin arte, poezie, filosofie și altele asemenea. Unind, cum spunea celălalt Premiu Nobel prezent la Colocviu, Frank Wilczek, „eleganța artei și elocvența ecuațiilor”.
Interviu Gérard Mourou
Cel care a avut ideea Colocviului de la Paris a fost același Profesor Gérard Mourou care acum aproape 10 ani reușea să determine Comisia Europeană să inițieze proiectul ELI – Infrastructura Luminii Extreme. O infrastructură care va debuta la București-Măgurele cu cel mai complex pilon al său: ELI-NUCLEAR PHYSICS. Despre ce înseamnă această nouă revoluție în fizică a vorbit Profesorul Mourou în interviul în exclusivitate pentru revista Știință și Tehnică.
Andrei Dorobanțu: Ați ținut să subliniați în Conferința dedicată Anului Internațional al Luminii pe care ați prezentat-o la Paris că deși trăim în lumină de peste 13.5 miliarde de ani, noi nu o înțelegem decât de 200 de ani, odată cu Fresnel. Pe de altă parte, acum cinci ani s-a decis construirea celor trei piloni ai ELI – INFRASTRUCTURA EUROPEANĂ A LUMINII EXTREME, la București-Măgurele, Praga (Dolní Břežany) și Szeged. Peste încă cinci ani, lumina extremă va deveni o realitate. Cum vom vedea atunci lumea în această nouă lumină?
Gérard Mourou: Dacă secolul 20 a fost secolul electronului, secolul 21 va fi secolul fotonului. Lumina extremă ne va permite noi clarificări ale legilor fundamentale ale Universului nostru, cel apropiat și cel îndepărtat. De-a lungul ultimilor 50 de ani, laserul ne-a făcut posibilă explorarea lumii atomice și moleculare.
Lumina extremă va face posibilă explorarea straturilor și mai profunde, cele ale lumii subatomice. Această lume nu poate fi studiată cu lumina vizibilă. Pentru ea avem nevoie de particule (electroni, ioni, neutroni sau radiații de foarte mare energie, X și gamma) într-un regim de ordinul zecilor de kiloelectronvolți. Astăzi, acestea sunt produse de acceleratoarele de particule, oneroase ca preț și împovărătoare ca spațiu ocupat.
În prezent, lumina extremă poate fi folosită pentru a accelera particule pe distanțe de mii de ori mai mici. În viitor, distanțele vor putea fi chiar și de un milion de ori mai mici, și aceasta pentru a atinge TeV/cm (milioane de milioane de electronvolți), adică… CERN-ul pe un cip. Ne putem gândi că vom atinge chiar energii de încă o mie de ori mai mari, PeV, care în prezent nu pot fi produse decât de surse cosmice.
În lume, există enorm de multe aplicații, în domeniul medical, în știință, în domeniul materialelor și în tehnologii nucleare. Instalațiile actuale, complicate, ar putea fi înlocuite de surse și acceleratoare de particule mai ieftine și mai compacte.
Andrei Dorobanțu: Vă mai aduceți aminte cum ați convins Comisia Europeană să inițieze proiectul ELI?
Gérard Mourou: ELI era o idee originală. Până în acel moment, fizica fundamentală se baza pe sursele de particule – electroni, protoni, neutroni. ELI oferă posibilitatea de a explora fizica fundamentală cu fotoni (care sunt bosoni). Pe de o parte, este vorba de a produce noi radiații, făcându-le să interacționeze cu ținte, pe de altă parte, se poate utiliza direct câmpul electric extrem de intens asociat cu pulsurile de lumină extremă. Aceste posibilități reprezintă un nou punct de plecare pentru fizica fundamentală. Aveam, deci, cu ce să entuziasmăm comitetul de selecție.
Andrei Dorobanțu: Lumina laser a revoluționat știința și tehnologia lumii actuale. Se va întâmpla la fel cu lumina extremă?
Gérard Mourou: Cum spuneam, primii 50 de ani ai laserului s-au focalizat esențial asupra fizicii atomice și moleculare. Cu lumina extremă, facem să devină realitate fizica subatomică, bazată de fotoni. În știință vom putea studia fizica vidului și să înțelegem, în sfârșit, cum poate acesta să se propage și, în unele cazuri, să se materializeze. Lumina extremă deschide accesul spre fizica energiilor mari dincolo de Modelul Standard, dar și spre astrofizica și cosmologia laser, fabricile de Bosoni Higgs și, pentru a încheia, poate fi utilizată pentru studiul materiei întunecate.
Andrei Dorobanțu: Care vor fi primele mari aplicații ale acestei lumini extreme în beneficiul societății?
Gérard Mourou: Privind aplicațiile pentru societate, ea oferă posibilități în domeniul producției de energie fără carbon, să se realizeze reactori sub-critici, dar și pentru a transmuta deșeurile nucleare (n.red. transformându-le în deșeuri cu vieți mult mai scurte). De asemenea, în domeniul medical, ea va permite producția de radioizotopi în zone vecine spitalelor, făcând astfel economică terapia cu protoni.
Andrei Dorobanțu: Ne-ați spus mereu că visul dumneavoastră final ar fi „breaking the vacuum” – spargerea vidului. Visați în continuare acest vis? Când credeți că vom putea să-l împlinim?
Gérard Mourou: Foarte curând! Pentru a câștiga timp, se va începe cu ciocnirea fasciculului de lumină extremă cu un fascicul de electroni de mare energie, adică 10GeV, având un factor Lorentz γ=20 000. Fasciculul de electroni este produs și amplificat de către același laser. În acest fel, câmpul laser este amplificat de 20.000 de ori și intensitatea sa de 4•108 (intensitatea variind cu pătratul câmpului electric). Astfel va fi suficientă o intensitate de doar 1021W/cm2 pentru a atinge intensitatea critică de de 1029 W/cm2, lucru pe care îl vom putea obține cu ușurință cu laserul ELI-NP în 2018. Această experiență este importantă pentru a ne arăta cum se propagă lumina în vid – ceea ce reprezintă încă unul dintre marile mistere ale fizicii.
Colocviul Luminii de la Paris
Nu cred că ar fi potrivit să mai fac eu alte comentarii. Vă las de aceea cu câteva titluri de prezentări din cadrul Colocviului Luminii de la Paris:
- George Smoot (U.Berkley): Nașterea luminii în Cosmos
- Michèle Leduc, director de cercetări emerit, CNRS: Augustin Fresnel și teoria ondulatorie a luminii
- Bertrand Lavédrine (Muzeul Național de Istorie naturală al Franței): A picta cu lumina. Premizele fotografiei în culori în sec. 19
- Philippe-Maurice Duce de Broglie, Morgane Martin (École polytechnique): Broglie, oraș al Luminilor
- Danièle Cohn (U. Paris 1 – Panthéon-Sorbonne): A vedea lumina în culori – Teoria Culorilor a lui Goethe, un eseu științific al unui artist
- Michael Zimmermann (Katholische U. Eichstätt-Ingolstadt): Helmholtz și Cézanne, experimentări științifice și estetice – vederea ca acțiune cognitivă
- Frank Wilczek (MIT, Cambridge, Mass): Eleganța artei și elocvența ecuațiilor
Colocviul de la Paris s-a încheiat cu masa rotundă ”Artă și știință: un schimb cu dublu sens?”
… și câteva păreri de la fizicieni, literați, oameni de artă și filosofi despre cum vedem lumea astăzi:
Gérard Mourou
”Emoția mea de când am învățat teoria ondulatorie (a luminii) este că ea te incită la a înțelege științific tot ce se întâmplă. Inclusiv influența sa asupra picturii”
”Dialogul știință-artă durează de mult timp. Întâlnirile dintre cele două au fost, de fapt, reuniuni de reflexie asupra marilor probleme ale lumii de azi și din totdeauna”
”Fresnel și teoria ondulatorie a luminii au deschis calea marilor pictori”
”Primul memoriu al lui Fresnel este contemporan cu destrămarea Imperiului lui Napoleon și, în artă, cu declinul clasicismului și începutul romantismului”
Marie-Christine Labourdette (Directorul Muzeelor Naționale ale Franței)
”Orice cercetare este legitimă! Orice cercetător trebuie să accepte rezultatele cercetării sale așa cum sunt ele!”
Michel Blay (ENS-Școala Normală Superioară)
”Adevărul se ascunde în lumină. Și se ascunde atât de bine încât cei mai mulți pictori nu reușesc să-l găsească”
Sébastien Allard (Muzeul Luvru)
(întrebat dacă vom putea ajunge să desființăm compartimentele în care lucrăm, fiecare în colțul lui) ”Fiecare disciplină este capabilă să aducă o parte din adevăr”
Danièle Cohn
”Literatura oferă posibilitatea de a veni cu soluții la ceea ce aduc știința și arta”
”Pentru filosofie, ceea ce contează în lumină este strălucirea. O strălucire care este sensibilă și inteligibilă. Așa se face că lumina îmi poate face vizibilă o idee pe care o am, un gând sensibil și inteligibil…”
Michael Zimmerman
”Prin Helmholtz, vederea se vede pentru prima oară pe sine. El este primul care vede fundul ochiului. De la el știm că nu vedem doar cu ochiul ci cu întreg sistemul cognitiv!”
”O natură moartă cu obiecte de mâncat nu înseamnă că înfățișează un prânz! Ce urmărește Cezanne, de ex. când pictează o natură moarta? Ce caută? Caută să prezinte aceleași obiecte, dar printr-o noua tehnică?” (Se pune întrebarea: se întâmplă la fel când construiesc modele în fizică?)
Frank Wilczek
”Neștiind prea bine matematică, Faraday a căutat alte moduri de vizualizare pentru a înțelege științele. Maxwell spunea despre el că acolo unde alții (matematicieni, de ex.) vedeau doar distanțe, Faraday vedea un mediu care umple acest spațiu aparent liber”
”Vizualizarea în mai multe dimensiuni este o importantă frontieră științifică … și o oportunitate artistică”
”Simetrie și exuberanță, pattern-uri și libertate – aici se găsește legătura între ideile profunde care stau la baza modului în care funcționează lumea”
”Obiectele fundamentale și ecuațiile multidimensionale – acesta este modul în care fizica modernă vede lumea”
”Ca sa obții o lume care arată superb, trebuie să poți acționa o simetrie locală, cea mai înaltă formă de simetrie”
”Imaginile poetice nu spun mare lucru: a le vedea și a încerca să gândești pornind de la ele, asta îți poate spune foarte mult si foarte multe”
Colocviul de la Paris ne aduce aminte că dimensiunea filosofică a luminilor este importantă pentru ceea ce se întâmplă astăzi! Ceea ce este de fapt absolut normal, dacă ne gândim că lumina nu este doar fizică: este o stare de spirit.
Recitind cele spuse de Gérard Mourou și de ceilalți vorbitori și gândindu-mă, în același timp, la tot ce va oferi pilonul de fizică nucleară al proiectului ELI pentru cunoaștere și pentru oameni, realizez că ELI-NP este nu doar cea mai mare aventură științifică pe care o trăim, este în același timp o adevărată aventură culturală. Din care toți pot avea de câștigat.
Pentru că, vedeți, trăim vremuri supertehnologizate de la care toată lumea așteaptă tot felul de lucruri inteligente care sa ne ajute. După cum se pare însă, singurul lucru pe care nu-l așteptăm, la care nu ne grăbim să ne gândim și la care nu lucrează nimeni este omul inteligent! Și, în fond, el este singurul care va putea să dea lumină anilor care ne așteaptă…
