Neviditelný čert

V historii fyziky najdeme mnoho návrhů na sjednocení různých teorií či pojmů, které se nakonec ukázaly být chybné.

Lucifer

Jednou takovou slavnou myšlenkou bylo, že světlo a zvuk jsou téže podstaty - že se jedná o vibrace téže látky. Zvuk se šíří chvěním vzduchu a světlo mělo být chvěním nového druhu látky, jež dostala jméno éter. Tak jako je prostor kolem nás naplněný vzduchem, celý vesmír měl být vyplněn celým éterem. Tuto myšlenku však nakonec vyvrátil Albert Einstein svou vlastní představou unifikace.

Vždycky existuje několik způsobů, jak mohou být sjednoceny věci, které známe, různé způsoby sjednocení však vedou různými směry. Dobrá sjednocená teorie musí předpovídat něco úplně nového, co nikoho předtím nenapadlo, musí vést k novým experimentům, jež dávají smysl jen v jejím rámci, a výsledky těchto experimentů s ní musí být v souladu. Proti sobě občas stojí dva myšlenkové koncepty, přičemž každý obsahuje několik unifikačních schémat. Navzájem si konkurují dvě teorie, v nichž jsou různé věci sjednoceny na různých úrovních. Než padne konečné rozhodnutí, mohou existovat dobré důvody věřit oběma stranám. Obě strany mohou mít pro své stanovisko experimentální podporu. Někdy lze dokonce jeden a tentýž pokus vykládat tak, že svědčí ve prospěch obou soupeřících unifikačních teorií.

V historii fyziky nacházíme model, který je nejlepším vzorem toho, o co se fyzikové snaží posledních téměř čtyřicet let. Je to sjednocení elektřiny a magnetismu, které uskutečnil v šedesátých letech 19. století James Clerk Maxwell. Maxwell využil neobyčejně silné myšlenky popisu pomocí fyzikálního pole, které zavedl o dvacet let dříve britský fyzik Michael Faraday, aby vysvětlil, jak se může síla přenášet přes prázdný prostor z jednoho tělesa na druhé. Nové rovnice umožňovaly, aby se jedno pole měnilo ve druhé, elektrické v magnetické a naopak. Takové transmutace polí vedou k existenci vln šířících se prostorem, v nichž pole elektrické vytváří pole magnetické a naopak. Ze své teorie dokázal Maxwell spočítat rychlost těchto vln a zjistil, že je přesně rovna rychlosti světla. To ho zcela zákonitě vedlo k myšlence, že vlny elektrického a magnetického pole nejsou nic jiného než světlo.

Přes svůj triumf však Maxwellova unifikace narážela na jednu zdánlivě závažnou překážku. Mezi většinou fyziku v té době vládlo přesvědčení, že vše je tvořeno hmotnou látkou, protože bylo těžké přijmout představu pole jako něčeho, co se jen tak vlní v prostoru. A tak byl vynalezen éter. Unifikace v podobě éteru se zdála být dokonalá. Navzájem propojovala nejen světlo, elektřinu a magnetismus, nýbrž i hmotu. V současné době však byly objeveny i atomy a elektrony - a vynořila se další otázka: Co vlastně jsou atomy a elektrony ve světě tvořeném éterem? Jedním z Maxwellových zákonů je, že magnetické siločáry nikde nekončí, kromě pólů magnetu. Mohou však tvořit uzavřené kružnice a mohou na sobě mít něco jako uzel. Nejsou atomy něco jako uzly na magnetických siločárách? Každý námořník ví, že uzly se dají vázat různě. V roce 1867 navrhl lord Kelvin, že různé atomy odpovídají různým typům uzlů.

V té době se ještě málo vědělo, kolika způsoby se dá uzel zavázat a jak tyto způsoby navzájem odlišit. Myšlenka inspirovala matematiky a postupně se teorie uzlů stala dosti rozsáhlou oblastí matematiky. K jistému pokroku došlo v 80. letech 20. století, ale ještě pořád není znám postup, který by nám dovolil určit, zda jsou dva složitě uvázané uzly totožné. Dobrá unifikační myšlenka může inspirovat nové cesty výzkumu, nemusí však odpovídat fyzikální realitě. Jinak by nás úspěchy teorie uzlů mohly vést k přesvědčení, že atomy jsou skutečně uzly na magnetických siločárách.

Objevil se však další problém: Maxwellova teorie se zdála odporovat principu relativity newtonovské fyziky. Různými experimenty, například měřením rychlosti světla, mohli pozorovatelé na základě měření elektromagnetického pole zjistit, zda se pohybují, anebo nepohybují. Einstein hádanku vyřešil podobně skvělým trikem, kterého použil Galileo a Newton, když došli k relativitě pohybu. Uvědomil si, že rozdíly mezi elektrickým a magnetickým polem závisí na pohybu pozorovatele. Takže Maxwellova unifikace byla ještě hlubší, než se domníval sám její autor.

Na fyzikálním nebi teď září největší unifikace všech dob: Teorie strun. Klade si za cíl sjednotit úplně všechno. Uvidíme, jak si poradí a zda struny nakonec nedopadnou podobně jako uzly lorda Kelvina ];-)

28.01.2011, 00:00:00   Publikoval Luciferkomentářů: 0