Dochodzenie do prawdy w nauce - wbrew wrażeniu, jakie można odnieść czytając literaturę popularno-naukową czy oglądając popularyzatorskie filmy - jest procesem pełnym zwrotów, ślepych uliczek i błędnych koncepcji. A naukowcy są ludźmi, którymi niejednokrotnie kierują nie zawsze szlachetne emocje i których życie osobiste jest często dalekie od ideału. W wykładzie będziemy starali się prześledzić historię fizyki oddziaływań fundamentalnych, której zwieńczeniem było odkrycie w roku 2012 tzw. bozonu Higgsa, przyglądając się badaczom, ich koncepcjom i sposobom w jaki dochodzili do prawdy.

Choć wydawać by się to mogło mało prawdopodobne, galaktyki mają zwyczaj żyć w większych skupiskach i dzieje się to tak często, że niewiele z nich uważa się za naprawdę odizolowane od innych. Spośród układów galaktyk wyróżnia się zazwyczaj trzy grupy: pary, grupy i gromady. Klasyfikacja ta oparta jest z jednej strony na liczności (para to po prostu dwa obiekty), a z drugiej - na zawartej wewnątrz energii i obecności pewnych zjawisk fizycznych. Leżące pośrodku grupy znane są ze szczególnie dużej częstotliwości występowania zjawisk fizycznych związanych z oddziaływaniami międzygalaktycznymi, takimi jak choćby kolizje, wypływy materii, burze formacji gwiazdowej, czy tworzenie się karłowatych galaktyk pływowych. 

Najbardziej znaną grupą galaktyk jest znany od lat 70tych XIX wieku Kwintet Stephana - niewielkie zgrupowanie pięciu galaktyk w konstelacji Pegaza. Kwintet znany jest przede wszystkim z wielkiego, rozciągającego się na prawie sto tysięcy lat świetlnych frontu uderzeniowego, wywołanego opadaniem jednej z galaktyk na pozostałe. Ale historia tej grupy to nie tylko wielki front uderzeniowy, ale też poprzednie interakcje, współczesna aktywność gwiazdotwórcza, czy otoczka z namagnesowanej materii. W trakcie wykładu postaram się przybliżyć historię badań Kwintetu i pokazać na jego przykładzie, jak skomplikowana może być - pozornie prosta - niewielka grupa galaktyk.

Oddziaływania elementarne (elektomagnetyczne, słabe i silne) są przez współczesną fizykę teoretyczną opisywane w języku mechaniki kwantowej. Niechlubnym wyjątkiem jest oddziaływanie grawitacyjne, dla którego wciąż brakuje w pełni konsystentnej i spójnej teorii kwantowej. Na wykładzie zostaną przedstawione podstawowe wyzwania związane z kwantowaniem teorii grawitacji oraz zostaną pokrótce omówione własności modelu Kauzalnych Dynamicznych Triangulacji (CDT), w którym kwantowy Wszechświat jest budowany z elementarnych „klocków” czasoprzestrzeni. Model CDT jest obecnie jednym z obiecujących podejść do problemu kwantowania oddziaływania grawitacyjnego. Poprawnie odtwarza on granicę niskoenergetyczną, tożsamą z rozwiązaniem klasycznych równań Ogólnej Teorii Względności Einsteina, oraz wykazuje szereg nietrywialnych własności w granicy wysokoenergetycznej (skali Plancka). 

Odkrycie dwuwymiarowej formy węgla, czyli grafenu, było bez wątpienia sporym zaskoczeniem dla fizyków i uczonych pokrewnych specjalności. Liczne przesłanki wskazywały, że swobodne warstwy jednoatomowej grubości w ogóle nie mogą istnieć w przyrodzie. Niezwykłe własności grafenu, które będą przedmiotem wykładu, mają swoje źródło w osobliwej strukturze matematycznej równań opisujących dynamikę elektronów uwięzionych w tym materiale. Co ciekawe, równania te były znane już w latach 80-tych XX wieku, na długo przed odkryciem grafenu. Okazuje się, że wspomniane elektrony zachowują się tak, jak gdyby były cząstkami pozbawionymi masy, posiadającymi jednak ładunek elektryczny. Taka kombinacja cech ma szereg nieoczekiwanych konsekwencji, które postaram się przybliżyć słuchaczom.  

Symetrie towarzyszą nam wszędzie: zarówno w świecie przyrody (jak chociażby płatki kwiatów czy plastry miodu) jak i w naszym postrzeganiu świata. Czy jednak symetrie są wbudowane fundamentalnie w strukturę fizyki - w każdej skali, począwszy od subatomowej (cząsteczki) poprzez skalę bardzo skomplikowanych cząsteczek aż po skalę Kosmosu? Czy symetrie odgrywają rolę w organizmach żywych? Czy umiemy opisywać symetrie i czy ten opis jest już zamknięty? 

Zaskoczeniem dla wielu jest fakt, że w opisie otaczającego nas świata materialnego współczesna fizyka posługuje się bardzo często pojęciem prawdopodobieństwa. W przypadku fizyki kwantowej fakt ten wynika z przyczyn głęboko fundamentalnych. Tematem wykładu będzie jednak dziedzina fizyki – być może najbliższa życiu codziennemu, gdzie posługiwanie się prawdopodobieństwem wynika z konieczności opisu układów złożonych z niesłychanie wielu komponentów. Takimi układami są ciała makroskopowe, czyli kawałki materii, które można wziąć do ręki. Niewyobrażalnie duża liczba atomów/cząsteczek, z których zbudowane są takie układy powoduje, że ich ilościowy opis wymaga sięgnięcia do metod statystycznych operujących w sposób naturalny pojęciem prawdopodobieństwa. W ten sposób powstała dziedzina fizyki zwana fizyką statystyczną.

Gwałtowny rozwój technologii obliczeń numerycznych dostarczył nowych narzędzi badań  w tej dziedzinie. Chodzi tu o różnego rodzaju metody symulacji procesów fizycznych w układach makroskopowych, które w rzeczywistości zachodzą w skali atomowej.

Celem wykładu będzie popularne przedstawienie jednej z technik takich symulacji. Technika ta opierając się niemal wyłącznie na pojęciu prawdopodobieństwa posługuje się realizowanymi numerycznie procedurami losowań. Stad nazwa: metoda Monte Carlo.