Hledání teorie vesmíru

rubrika: Populárně naučný koutek


Pokračuji ve čtení knížky Dále než Einstein od Michio Kaku a Jennifer Thompsonové a rozhodl jsem se, že zde ocituji některé zajímavé pasáže z úvodních kapitol.

 

Lucifer


Na celém světě se ozývají hlasy předních fyziků, že jsme svědky zrodu nové fyziky - říká se jí "teorie superstrun". Teorie superstrun by mohla vysvětlit všechny známé fyzikální jevy - od pohybu galaxií až po dynamiku jádra v atomu. Teorie skýtá i udivující předpovědi týkající se původu našeho vesmíru, počátku času a existence mnohadimenzionálních vesmírů.

Od starých Řeků panovala ve vědě představa, že základními stavebními kameny vesmíru jsou drobounké částice, v nedávné teorii chápané jako bodové. Podle teorie superstrun jsou však těmi základními stavebními prvky drobounké vibrující strunky. Jsou ještě sto x miliarda x miliarda drobnější než protony. Svět se pouze jeví jako složený z bodových částic proto, že naše přístroje jsou příliš hrubé na to, aby nepatrné strunky odhalily. Teorie superstrun je vskutku tak elegantní a široká, že z ní plyne možná existence miliard a miliard různých typů částic a substancí ve vesmíru, jež mají překvapivě rozdílné vlastnosti. Může poskytnout koherentní všezahrnující obraz přírody podobným způsobem, jako lze použít strunu houslovou k "sjednocení" všech hudebních tónů a zákonů harmonie.

Podle teorie superstrun jsou základní síly a částice, které v přírodě nacházíme, jen rozdílnými mody kmitů vibrujících strun. Například gravitační interakce odpovídá nejnižšímu vibračnímu modu kruhové uzavřené struny. Odpovědí na prastarou otázku "Co je to hmota?" tedy je, že hmota sestává z částic, jež jsou různými vibračními mody strun, tedy analogiemi například tónů popsaných notami D a G. "Hudba" vytvářená strunou je sama hmota. Hlavním důvodem, proč fyziky na celém světě nová teorie vzrušuje, je to, že se zdá řešit fundamentální fyzikální problém století: jak jednotně popsat čtyři základní síly přírody. Skutečnost, že tyto čtyři síly lze pokládat za různé projevy jedné sjednocené síly, kterou vládne superstruna, je důvod k nadšení.

Během dvacátého století se rozvinuly dvě veliké teorie - kvantová teorie, v jejímž rámci se podařilo vysvětlit tři subatomární síly, a Einsteinova teorie gravitace, zvaná obecná teorie relativity. Tyto teorie se zabývají dvěma od sebe oddělenými oblastmi. Kvantová mechanika se zabývá světem velmi malého - atomy, molekulami, protony a neutrony -, zatímco obecná relativita se uplatní ve světě kosmických rozměrů a velikých hmotností, světě galaxií a hvězd. Záhadou, která fyziky trápila během dvacátého století byla zdánlivá neslučitelnost obou teorií, ze kterých se v principu daly odvodit všechny informace o fyzickém vesmíru. Jejich sjednocení se nepodařilo ani těm největším duchům dvacátého století. I Albert Einstein strávil třicet let života marnými pokusy o vybudování jednotné teorie gravitace a světla.

A právě zde vstupují do obrazu superstruny, protože ty snad dokážou vyřešit problém, jak obě teorie spojit. Pro fungování teorie superstrun jsou ve skutečnosti nezbytné jedna i druhá, jak kvantová mechanika, tak relativita. Teorie superstrun je první teorie, v jejímž rámci má dobrý smysl kvantová teorie gravitace. V roce 1958 poslouchal velký kvantový fyzik Niels Bohr přednášku jiného velkého fyzika Wolfganga Pauliho. Posluchačstvo nepřijalo Pauliho vývody příliš příznivě a Bohr poznamenal: "Všichni se shodneme, že vaše teorie je bláznivá. Otázkou zůstává, zda je bláznivá dostatečně." Předpovědi teorie superstrun jsou natolik bizarní, že nemůže být pochyb o tom, že vskutku "dostatečně bláznivá" je.

Ve dvacátých letech dvacátého století podávala nejlepší výklad počátku našeho vesmíru Einsteinova obecná teorie relativity. Podle ní se zrodil před deseti až dvaceti miliardami let gigantickou explozí zvanou velký třesk. Něco v ní však chybí. Proč vesmír explodoval? Co se dělo před velkým třeskem? Teologové i vědci po léta pociťovali neúplnost teorie velkého třesku, protože nevysvětlovala původ a povahu velkého třesku samotného. Teorie superstrun kupodivu umí říci, co se před velkým třeskem dělo. Podle ní existoval vesmír původně v deseti dimenzích, ne ve čtyřech, které dnes vnímáme (tím se míní tři prostorové a jedna časová). Protože však byl desetirozměrný vesmír nestabilní, rozpukl se na dva kusy - čtyřrozměrný se oddělil od zbytku.

Je-li tato teorie správná, fakticky to znamená, že náš vesmír má ještě jeden vesmír "sesterský". Také z ní plyne, že původní rozštěpení vesmíru bylo tak divoké, že ho provázela exploze, označovaná jako velký třesk. Nemusíte se však obávat rizika, občas barvitě líčeného v science fiction, že jednoho dne půjdete po ulici a najednou se "propadnete" do toho druhého vícerozměrného vesmíru. Ten se totiž podle teorie superstrun smrskl na nepředstavitelně malý objem (sto krát miliarda krát miliarda krát menší než atomové jádro) a pro lidi je zcela nedostupný. Také otázka, jak vypadají další dimenze, je čistě akademická. Cestování ve vyšších dimenzích bylo možné jen na samém počátku, když byl vesmír desetirozměrný.

29. května 1919 se dostalo Einsteinově obecné teorii relativity potvrzení pozorováním v Brazílii a Africe při úplném zatmění Slunce. Einsteinova teorie předpovídala, že světelný paprsek by se měl při průchodu kolem Slunce ohýbat, tak jako se zakřivuje dráha hmotné částice - veliká sluneční hmotnost-energie zakřivuje prostoročas kolem. Einstein si ovšem byl správností své teorie natolik jist, že ho výsledek tohoto experimentu nijak nepřekvapil. Téhož roku se jeden ze studentů zeptal, co by řekl, kdyby experiment efekt nenaměřil. "Pak by mi bylo líto našeho dobrého Hospodina, ale teorie, ta je správná", odpověděl Einstein.

Einstein jednou prohlásil, že ve své teorii relativity sice umístil hodiny do každého místa ve vesmíru, z nichž každé jdou jinak, v reálném světě si však nemůže dovolit koupit hodiny do domácnosti. Tímto výrokem i poodhalil klíč, který mu umožnil proniknout k jeho velkým objevům - myslel ve fyzikálních obrazech. Matematika, i když často velmi abstraktní a složitá, přicházela v jeho práci vždycky až později, jen jako nástroj, jak přeložit fyzikální obrazy do přesných termínů. Tyto obrazy byly podle něj tak jednoduché a elegantní, že se daly srozumitelně sdělit laické veřejnosti. Jeden z Einsteinových životopisců poznamenal: "Einstein vždy začal s nejjednoduššími možnými myšlenkami a potom, jak se postupně seznamoval s problémem, je zasadil do příslušného kontextu. Tento intuitivní přístup připomínal malování obrazu. Tato skutečnost mne naučila rozdílu mezi znalostí a pochopením."

Většina aktivních fyziků má v paměti více než půl století velkolepých úspěchů kvantové mechaniky a s podivnými filozofickými problémy, které z ní plynou, se prostě naučila žít. Připomeňme historku o mladém fyzikovi, který pracoval v Los Alamos za druhé světové války a tázal se tehdy velkého maďarského matematika Johna von Neumanna na obtížný matematický problém. "To je jednoduché", odpověděl von Neumann, "to se dá vyřešit metodou charakteristik." Mladík odpověděl: "Obávám se, že metodě charakteristik moc nerozumím." "Mladý muži," řekl von Neumann, "v matematice věcem nemusíte rozumět, prostě si na ně musíte zvyknout."


komentářů: 6         



Komentáře (6)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_   

« strana 1 »

Lucifer
6
Lucifer 04.11.2010, 17:56:06
[5] Petra znám, ale přednášející je někdo jiný. Na druhém videu jsem ho však zahlédl na začátku, jak tam něco chystá ]Mrkající

5
vlada (neregistrovaný) 04.11.2010, 17:23:22
Nima je úžasný svojí schopností vysvětlovat naprosto složité věci, úžasně jednoduše.
Ještě jsem objevil přednášky z Astrofyziky na ČVUT, kde se dá nastudovat Standardní model. Ty jsou taky velmi dobré, bez extrémních nároků na znalost matematiky.
http://www.avc-cvut.cz/avc.php?id=1326

Lucifer
4
Lucifer 04.11.2010, 09:23:48
Tedy aby nedošlo k nedorozumění: než jsem ten komentář dopsal, dostal se Arkani-Mamed ke slovu ]Mrkající

Lucifer
3
Lucifer 04.11.2010, 09:18:14
[1]Dík za link, zrovna poslouchám chairmana. Podíval jsem se také na váš blog a asi tam občas zavítám. Arkani-Mamed mluví velmi srozumitelně, takže doufám, že si ty přednášky všechny poslechnu.

2 Zajímavé téma.
Ludmila (neregistrovaný) 04.11.2010, 08:18:04
Někteří vědci v superstruny nevěří,ale tak to ve vědě bývá.Einsteinovi taky nevěřili,dokud nenastalo zatmění slunce.Kdy se tahle teorie potvrdí není známo,možná je to vedlejší kolej.
http://www.youtube.com/watch?v=jasPoW3ZVPs

1
vlada (neregistrovaný) 04.11.2010, 05:29:29
Pro vládnoucí angličtinou doporučuji úžadné přednášky (2010) od Nimy Arkani-Hameda, což je přední teoretický fyzik o relativitě (č.1), kvantové fyzice (č.2), současných fyzikálích hypotézách (č.3 a 4)
a LHC (č.5)
http://www.cornell.edu/video/?videoID=911&startSecs=0
hledání na stránkách není nejintuitivnější, ale dá se to najít v Playlists/The Future of Fundamental Physics
Přednáška 2 má špatný zvuk.

«     1     »