Ani jsme se ji nesnažili najít. To je háček.
Fyzici, kteří se snažili lépe porozumět kvantové gravitaci, nečekaně narazili na samotnou podstatu teorie strun. Stalo se to zcela náhodou. Zkoumali srážky částic s vysokou energií. Jejich cíl byl čistě matematický- “opravit” výpočty. Místo toho objevili struny.
Krájení jablka stále hlouběji
Představte si jablko. Rozříznete jej na polovinu a poté na čtvrtiny. Pak se dostanou k molekulám, atomům, protonům a kvarkům.
Teorie strun tvrdí, že je možné jít dál. Hlouběji než protony. Příroda není tvořena body, ale vibračními vlákny.
Zní to jako sci-fi, ale kořeny této myšlenky sahají do minulosti. Teorie byla vyvinuta v šedesátých letech. Jaký byl cíl? Spojte svět mikroskopický se světem makroskopickým.
- Kvantová mechanika * popisuje drobné objekty. * Obecná teorie relativity * řídí gravitaci. Jsou neslučitelné. Matematický. Pokud se pokusíte vložit gravitaci do kvantové krabice, rovnice explodují. Lámou se.
Teorie strun nabízí východisko. Nahraďte bodové částice smyčkami ze strun. Nechte strunu vibrovat jiným způsobem a získáte další částice. Jedna vibrace je elektron. Další je * Graviton*, přízračný přenašeč gravitace. Teorie také vyžaduje alespoň 10 měření. Vidíme jen čtyři. A ostatní? Skrytý.
Zkontrolovat to? Nemožně. Zatím.
Chcete-li” vidět ” strunu, potřebujete energii, která převyšuje vše imaginární. Urychlovač částic o velikosti celé naší galaxie. Nic takového nemáme.
Fyzici proto problém obešli. Nebo to byl trik. Záleží, koho se zeptáte.
Buďto butstrap, nebo selhání
Pokud se nemůžete podívat přímo, podívejte se ze strany.
Tým z Caltech, University of New York a institutu v Barceloně se rozhodl použít metodu “butstrap” (samospasitelná definice vlastností). Ignorovali celou teorii a začali prakticky od nuly. Jen několik základních pravidel, jak se příroda * musí * chovat při extrémně vysokých energiích.
00: 03: 33A uvidíme, jak dopadne matematika.
Začali s minimálními předpoklady. Jen rozptylové chování. A pak, bez jakéhokoli náznaku, matematika sama vytvořila struny.
“Struny prostě vypadly ven.”
Cliff Chung z Caltech říká, že o strunách neměli žádné předpoklady. U vchodu nebyly žádné struny. A na výjezdu? Čistý podpis teorie strun.
“Nezačali jsme s žádnými předpoklady o strunách… rozhodnutí však obsahovalo základní kámen teorie.”
Je to důkaz? Ne.
Ale to je důležité, protože matematika *mohla * jít jakýmkoli směrem. Ale neudělala to. Následovala unikátní cesta vedoucí přímo do” smyčcového ” světa.
Nekonečná věž z “trosek”
Zde je to, co našli: spektrum strun.
Ještě koncem šedesátých let se Gabriele Veneziano potýkal s hromadou dat. Urychlovače částic chrlily proudy “odpadků” – částic s různou hmotností. Nikdo nevěděl, co to je. Benátčan složil funkci. Byla perfektní.
Odhalil nekonečnou věž částic. Hmotnost stoupá. Rotace stoupá. Pořádek a chaos zároveň.
“Nikdo neměl nejmenší tušení, co se děje.”
Později jsme si uvědomili, že tyto částice jsou jako hudební harmonika. Struna houslí. Základní nota. Pak podtexty.
Teorie strun je hudba pro realitu. Různé vibrace. Různé částice.
Pak přišel rok 1974. John Schwartz a Joel Scherk měli jasno.
Teorie nebyla vhodná jen pro částice. Musela zapínat gravitaci.
Gravitace nikoho nezajímala. Alespoň vážně. Fyzici se zajímali o jiné, “železné” věci. Ale obecná teorie relativity je při vysokých energiích zničena. Je to jen nízkoenergetické přiblížení. Teorie strun? Zůstává stabilní. Svou formu si udržovala, když se ostatní teorie zhroutily.
Schwarz vzpomíná na to vzrušení.
“Některá verze teorie strun by mohla poskytnout… jednotná kvantová teorie.”
Jedna struna, spousta vibrací. Otevřené struny. Uzavřené struny. Foton. Gravitony. Vše tančí v jednotném rámečku.
Když se gravitace mýlí
Promluvme si o režimu odmítnutí.
Srážky vysokých energií v blízkosti * plankovského měřítka* ničí standardní fyziku. Zkusíte posouvat čísla pomocí obecné teorie relativity?
Bum. Nekonečno. Absurdita.
“Pokud přijmete obecnou teorii relativity… získáte výsledek, který nedává smysl. Všechno se úplně rozbije.”
Teorie strun se tomuto problému vyhýbá. Má trik: ultra měkkost.
Jak energie roste, interakce se vyhlazují. Přestávají být násilní. Částice se přestávají agresivně rozptylovat. Matematika zůstává klidná. Nejde do nekonečna.
Chung to vyjadřuje takto. Částice s takovou energií? Sotva se chtějí jeden druhého dotknout.
“Je to jako částice… raději svobodně.”
Výzkumníci použili dva klíčové nápady, aby matematika “fungovala”:
– Ultra měkké chování
– **Minimální nuly * * (omezení, kde pravděpodobnost klesne na nulu)
Právě tato dvě pravidla donutila systém k jedinému rozhodnutí.
Staré nápady, nový život
Cliff Chung přirovnává tuto metodu k Sudoku. Málo vodítek. Jedna dokonalá mřížka.
“Hluboká ironie je, že… je to super retro. Je to stará škola.”
Ve skutečnosti je to Starověká historie na poměry fyziky. Butstrapův nápad je starý. Stephen Frautshi. Jeffrey Chu. Tuto hru hráli v 60.letech, než přístup upadl.
“Nezačali se strunami… rozhodnutí bylo na nás samotných.”
Hiroshi Oguri z Caltech tomu říká oživení. Nástroje jsou teď lepší. Hlouběji rozumíme základům. Můžeme rychle převést předpoklady do předpovědí.
Tým, který zahrnoval Grahama Remmana z University of New York, ukázal, že základní pravidla konzistence přímo vedou k nekonečné věži masivních částic.
Vzniklo to automaticky.
Prakticky z ničeho.
** Zdroj:* * “Strings from almost nothing”(“struny téměř z ničeho”). Přijato ve Physical Review Letters. DOI: 10.111/cw4p-cq7
Financování poskytuje americké ministerstvo energetiky, Caltech Institute, NYU stipendium a fondy EU Next Generation. Přispěli také Michele Tarquini a Francesco Sciotti.
Našli jsme struny tím, že jsme je ignorovali. Nutí k zamyšlení. Není vesmír jen matematika, kterou si sama rozhoduje?
Možná.
