Jak vznikla strunová teorie

rubrika: Populárně naučný koutek


Jelikož se tady strunami zabývám už delší dobu, pokusím se s pomocí přečtené literatury nastínit, jak a proč vznikla.

 

Lucifer


Strunová teorie se zdá být nejslibnějším kandidátem k sjednocenému popisu všech základních sil, které existují v přírodě. Poskytuje matematickou konstrukci, která kombinuje kvantovou teorii s Einsteinovou obecnou teorií relativity. Základní silou přírody je mechanismus, kterým částice vzájemně interagují a nemůže být vysvětlen prostřednictvím jiných sil. Známe čtyři základní síly přírody: gravitační, elektromagnetickou, slabou a silnou. Všechny fyzikálně pozorované jevy mohou být vysvětleny pomocí těchto sil. Pojďme teď nahlédnout do kuchyně, ve které byla teorie, která se je pokouší zapřáhnout do jednoho vozu, vytvořena.

Od raných dnů kvantové teorie pole v třicátých letech vedla výchozí deprimující situace s nekonečny k mnoha alternativním návrhům. Některé z nich přijaly stanovisko, že když nekonečna vznikají z interakce polí na velmi krátkých vzdálenostech, měli bychom opustit představu pole definovaného ve všech bodech. Mnozí z prvních průkopníků kvantové teorie byli silně ovlivněni vídeňskou školou logického pozitivizmu. Jedním z principů tohoto filozofického programu bylo, že bychom se měli snažit rozvíjet vědu takovým způsobem, abychom se nikdy nemuseli dovolávat metafyzických objektů; tedy objektů, jež nejsou přímo přístupné vnímání. S jedním takovým pozitivistickým přístupem k teorii částic přišel roku 1937 John Wheeler a roku 1943 jej rozvinul Werner Heisenberg. Říká se mu filozofie S-matice, protože šlo o to, vyjádřit teorii čistě pomocí matice rozptylu. To je matematická veličina, která udává, co se stane, jestliže dvě částice, které jsou na počátku daleko od sebe, pustíme proti sobě. Problémem bylo, že S-matic, které splňují vhodnou (analytickou) podmínku, je nekonečně mnoho, takže rozhodující jsou další podmínky. Nikdo však nebyl s to říct, které by to měly být.

Roku 1968 si fyzik Gabriele Veneziano povšiml, že beta funkce, matematická funkce poprvé studována matematikem Leonhardem Eulerem v 18. století, má správné vlastnosti pro to, aby vyjádřila analytickou S-matici. Roku 1970 našli tři fyzici - Yoichiro Nambu, Leonard Susskind a Holger Bech Nielsen - jednoduchou fyzikální interpretaci Venezianovy formule. Zjistili, že by se dala chápat jako S-matice pro kvantověmechanickou teorii, která odpovídá klasickému mechanickému systému, v němž jsou částice nahrazeny strunami. Strunou se myslí jednorozměrný úsek v prostoru, idealizace polohy, kterou zaujímá kus struny v nějaké konfiguraci v třírozměrném prostoru. Takové struny mohou být otevřené, se dvěma volnými konci, nebo uzavřené, s oběma konci spojenými.

Standardní techniky kvantové mechaniky nabízejí aplikaci na problém, jak obdržet kvantovou teorii na strunu, a v několika letech bylo shromážděno hodně poznatků o tom, jak to dělat. Je to obtížná úloha, ale nakonec se dospělo k výsledku, že kvantová teorie pro strunu je dosažitelná, zůstanou v ní však dva vážné problémy. První potíž spočívá v tom, že teorie opravdu fungovala, jenom když dimenzí prostoru a času, v němž struny "žily", bylo šestadvacet, a nikoli čtyři. Druhý problém, který teorie sebou nesla, tkvěl v tom, že zahrnovala tachyon. Pro částicového teoretika je tachyon částice pohybující se rychleji než světlo, a když se něco podobného objeví v kvantové teorii pole, vyvolává to podezření, že teorie povede ke sporu. Jedna z potíží je v tom, že tachyony mohou posílat informaci zpět v čase a narušují tím princip příčinnosti. V teorii s narušenou příčinností hrozí nebezpečí, že se člověk může vrátit zpět v čase a zabít svého předka, čímž se samotná jeho existence stane logicky rozpornou. Dalším problémem strunových teorií bylo, že nezahrnují žádný fermion, tj. částici s poločíselným spinem, jako je elektron a proton. V několika dalších letech pracovalo na strunových teoriích s fermiony mnoho fyziků a došli k závěru, že tento druh strunové teorie by mohl dávat smysl nikoli v šestadvaceti, ale v deseti rozměrech.

Tento pokus nahlédnout do počátků strunové teorie bych ukončil citátem Thomase Harrise z novely Hannibal:

Pořád jsou problémy se symboly teorie strun. Těch pár matematiků, kteří ho dokáží sledovat, by mohlo říct, že jeho rovnice skvěle začínají, ale jak se přání stává otcem myšlenky, nakonec zabloudí.


komentářů: 0         



Komentáře (0)


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