Pomógł stworzyć podstawy nowoczesnej fizyki cząstek elementarnych, krytykował testy broni jądrowej i wyobrażał sobie, jak cywilizacje mogą ujarzmić energię gwiazd. Co pozostawił po sobie Freeman Dyson?
28 lutego 2020 r. w Princeton w stanie New Jersey, w wieku 96 lat, zmarł Freeman J. Dyson, teoretyk, który zjednoczył świat atomu, wizjoner podboju kosmosu i przeciwnik zmian klimatycznych. Był nazywany „spadkobiercą” Alberta Einsteina, mimo że nigdy nie wymyślił ogólnej teorii czegokolwiek. Skromny, nieśmiały i zawsze zadowolony z pracy z innymi, Dyson nie był naukowym celebrytą.
Nie jestem człowiekiem zadającym duże pytania. Szukam zagadek. Szukam interesujących problemów, które mogę rozwiązać. Nie dbam o to, czy są one ważne, czy nie, więc nie mam obsesji na punkcie rozwiązania jakiejś wielkiej tajemnicy. To nie w moim stylu.
Freeman Dyson wkrótce po swoich 90. urodzinach
Kwantowy sztukmistrz
Dyson zasłynął z przełożenia pomysłów Richarda Feynmana i dwóch innych fizyków na bardziej dostępne obliczenia matematycznej w jednym z najważniejszych artykułów z 1949 r. „The Radiation Theories of Tomonaga, Schwinger & Feynman”. Ale przedtem, wraz z Feynmanem spędzili cztery pamiętne dni, jadąc z Nowego Jorku do Albuquerque, przeprowadzając głębokie, inspirujące rozmowy, a także znajdując schronienie przed powodzią w Oklahomie w domu publicznym.
Nie zaproponował radykalnie nowych pomysłów, ale zamiast tego pomógł uporządkować szczegóły teorii zaproponowanych podczas rewolucji kwantowej w latach 20. XX wieku. W latach 40. i 50. ubiegłego wieku jego zespół eksperymentalnie udowodnił, że teorie są poprawne, co doprowadziło do rozwoju teorii elektrodynamiki kwantowej, która opisuje zachowanie atomów. Ma ogromne znaczenie dla nauki, ale w świadomości publicznej nie odcisnęła takiego piętna jak teoria strun.
Prof. Declan Fahy z University of Dublin City
Pomimo kluczowej roli Dysona w syntezie ich pomysłów, jego wkład przeoczono w 1965 r., kiedy Richard Feynman, Julian Schwinger i Sin-Itiro Tomonaga zdobyli Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za prace nad cząstkami elementarnymi. Artykuł Dysona określono jako „najbardziej przydatny wkład w naukę” – jego poprawki były znaczącym postępem w stosunku do wcześniejszych pomysłów dotyczących zarówno teorii względności, jak i mechaniki kwantowej. Bez tego nie mielibyśmy nowoczesnych komputerów, telefonów ani aparatów cyfrowych. Nie byłoby także radioterapii stosowanej do leczenia raka.
Pod koniec lat 50. XX wieku, w oparciu o pomysł Edwarda Tellera, Dyson kierował zespołem, który zaprojektował i opatentował TRIGA (Training, Research, Isotopes, General Atomic), mały reaktor jądrowy o niskiej mocy, który nadal jest używany w szpitalach w celu produkcji izotopów medycznych do leczenia różnych postaci nowotworów.
Prace Dysona w dziedzinie energii jądrowej obejmowały także tajny projekt Sił Powietrznych USA o nazwie Orion, którego celem było zbudowanie statku kosmicznego napędzanego eksplozjami bomb atomowych. Zabrałby on ludzi w najdalsze zakątki Układu Słonecznego, a może i dalej. To fantastyczne przedsięwzięcie zostało anulowane po tym, jak NASA zdecydowała się na bardziej konwencjonalne rakiety, a traktat o zakazie prób jądrowych położył kres naziemnym eksperymentom jądrowym.
Zainteresowanie Dysona bronią jądrową również wywołało kontrowersje. Jako członek grupy doradczej JASON w Wietnamie, kierował badaniami nad możliwością wykonania użycia małej, taktycznej broni jądrowej przeciwko wrogowi. Jego łatwość w oddzieleniu aspektów technicznych od moralnych uczyniła go propagatorem ruchu antywojennego.
Sfera Dysona
Freeman John Dyson urodził się 15 grudnia 1923 r. w Crowthorne w Anglii. Jego ojcem był wybitny brytyjski kompozytor sir George Dyson, a matka, Mildred Atkey, była pracownikiem opieki społecznej. Freeman miał ponadprzeciętne zdolności matematyczne, a w wieku 5 lat obliczył, ile atomów jest na Słońcu.
Niedługo po uzyskaniu dyplomu z matematyki na Uniwersytecie Cambridge w 1945 r. Freeman przeniósł się do Stanów Zjednoczonych. Zapisał się na nowojorski Uniwersytet Cornella i pomimo braku doktoratu był tam profesorem w latach 1951-1953. Mimo że uzyskał jakieś dwa tuziny dyplomów honorowych, Dyson nigdy nie obronił doktoratu. Zamiast tego stał się przeciwnikiem „systemu doktorantów”, który nazwał „obrzydliwością” zniechęcającą wielu początkujących naukowców, zwłaszcza kobiet.
Po tym, jak mentor Dysona na Uniwersytecie Cornella, fizyk Hans Bethe, napisał list do Roberta Oppenheimera, Freeman został zaproszony do dyskusji. To właśnie wtedy Dyson opisał swój epokowy artykuł na temat elektrodynamiki kwantowej, który zapoczątkował jego karierę. Pracował ona nad wieloma dziedzinami fizyki teoretycznej. Gdy Wolfgang Pauli zdobywał Nagrodę Nobla za regułę, według której dwa elektrony nie mogą znajdować się w tym samym stanie kwantowym, Freeman Dyson z jego kolegą Andrewem Lenardem udowodnili jej poprawność.
Dyson napisał kilkanaście książek, dzięki którym złożone koncepcje naukowe stawały się zrozumiałe dla wszystkich. Freeman był krytykowany przez środowisko naukowe z powodu bagatelizowania tematów globalnego ocieplenia. Według niego „globalne ocieplenie było rażąco przesadzonym problemem”. Jego sceptycyzm do dzisiaj budzi ostrą krytykę.
Największą spuścizną Freemana Dysona będzie sfera Dysona, czyli hipotetyczna megastruktura opisana w 1959 r. Zgodnie z założeniami, odpowiednio zaawansowana cywilizacja byłaby zdolna do zbudowania ogromnej konstrukcji otaczającej gwiazdę, która wykorzystywałaby prawie całą wypromieniowywaną energię. Najczęściej przytaczanym wariantem sfery Dysona jest obiekt o średnicy orbity Wenus i grubości ścian ok. 3 m. Dyson jednak szybko sprostował, że został źle zrozumiany, gdyż rozważał raczej rój mniejszych ciał poruszających się po mniejszych orbitach.
Poważnym problem tzw. kompletnej sfery Dysona jest fakt, że konstrukcja taka byłaby grawitacyjnie niestabilna. Bez aktywnego wspomagania (np. magnetycznego) gwiazda mogłaby łatwo zderzyć się z powierzchnią sfery, wywołując katastrofalne skutki. W przypadku obecności konstelacji mniejszych obiektów, takiego problemu nie ma.
Mimo kilku szans, do tej pory nie udało się zaobserwować sfery Dysona. Wiele wskazuje jednak na to, że nad spuścizną Freemana Dysona będą zastanawiały się kolejne pokolenia. I być może kiedyś – przy odrobinie szczęścia – faktycznie gdzieś ją dostrzeżemy.
