poniedziałek, 30 września 2013

Superstruny - teoria wszystkiego?

Naukowcom od lat marzy się odkrycie teorii wszystkiego (w angielszczyźnie ukuto nawet na nią skrót TOE – theory of everything), która wyjaśniałaby w kilku prostych działaniach funkcjonowanie Wszechświata. Einstein po stworzeniu teorii względności sam wierzył, że zbliża się do tego celu. Pojawiła się jednak mechanika kwantowa, która, dotycząc co prawda bardzo małych cząstek, nie była do pogodzenia z obliczeniami wielkiego fizyka. Jakiś czas później na scenę wkroczyła nowa teoria, pretendująca do miana TOE – teoria, a raczej liczne teorie superstrun.

  
Teoria superstrun pojawiła się jako efekt badań nad kwarkami i leptonami. Są to cząstki elementarne, czyli podstawowe – niezwykle małe, które opisywane są przez mechanikę kwantową. Badacze doszli do wniosku, że kwarki nie muszą być cząsteczkami, ponieważ nigdy nie zaobserwowano ich w stanie swobodnym. Dużo bardziej przekonująca wydawała się koncepcja, że tworzone są one za pomocą drgań mikroskopijnych strun. Wyobraźcie sobie strunę gitary. W zależności od miejsca na gryfie, gdzie przyłożycie palec, wydaje ona po potrąceniu różne dźwięki. Podobnie superstruna – w zależności od częstotliwości drgań tworzyłaby ona różne cząstki elementarne – kwarki i leptony.

Superstruny wzbudziły entuzjazm tylu badaczy, gdyż dobrze wyjaśniały oddziaływania między mikroskopijnymi kwarkami. Teoria cechowała się też tak zwaną supersymetrią, co oznacza, że według niej każdej cząstce odpowiada inna cząstka (każda ma swojego partnera). Z teorii wynika również bezpośrednio teoria względności Einsteina, co uspójnia naszą wizję działania Wszechświata. Badacze, między innymi amerykański fizyk i popularyzator nauki Michio Kaku, badając superstruny, połączyli to wciąż hipotetyczne zjawisko z teorią pola, jedną z fundamentalnych dla fizyki (teoria pola leży u podstaw teorii elektromagnetyzmu).

Z teorią superstrun jest jednak jeden poważny problem – wciąż jest eksperymentalnie niesprawdzalna. Jednym z powodów jest ich rozmiar – są wprost niewiarygodnie małe. Średnica superstruny jest 100 trylionów mniejsza od protonu i żadne znane nam urządzenia nie są w stanie ich obserwować. Nie pomogą tu nawet akceleratory cząstek, czyli urządzenia, które przyśpieszają cząstki do bardzo dużych prędkości, by je ze sobą zderzać i w ten sposób badać ich właściwości. Jest zatem możliwe, że strun nigdy nie zobaczymy.

Kolejnym problem z teorią strun, szczególnie dla laików, jest to, że działa ona w dziesięciu lub dwudziestu sześciu wymiarach przestrzennych. Samo to wydaje się nie do pojęcia – przecież żyjemy w przestrzeni trójwymiarowej z jednym dodatkowym wymiarem czasowym, czego dowiódł Einstein. Jak możliwe jest istnienie aż tylu dodatkowych wymiarów i w jaki sposób fizycy wpadli na tak „kosmiczny” pomysł? Wynika to jedynie (i aż!) z obliczeń, również obecnie nie jest sprawdzalne. Jak pisał Michio Kaku „prawa natury upraszczają się, gdy zostają spójnie wyrażone w wyższych wymiarach”. Istnienie tej niezwykłej dla nas hiperprzestrzeni to efekt pogłębiania naszej wiedzy fizycznej i prób uspójniania istniejących już teorii. A jak takie dodatkowe wymiary miałyby wyglądać? Niektórzy fizycy sugerują, że są one „zwinięte” - tak małe, że nieobserwowalne. Czyli, podobnie jak struny zobaczymy je tylko w obliczeniach. Istnieją co prawda pomysły na eksperymentalne udowodnienie teorii superstrun, na przykład poprzez badania na stworzonych w warunkach laboratoryjnych mikroskopijnych czarnych dziurach, ale to jedynie pomysły na przyszłość. Na razie, elegancka teoria wszystkiego – teoria superstrun, pozostaje niesprawdzalna.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz