Diskusnφ f≤rum teorie superstrun



Pr∙b∞h diskuse: b°ezen, 1.-9. duben, 10.-17. duben, 18.-30. duben, kv∞ten-srpen, zß°φ-°φjen(1), °φjen(2), listopad, aktußln∞

Nßsledujφcφ text slou₧φ jako jemn² ·vod do superstrun. ╚t∞te pomalu, a kdy₧ nebudete rozum∞t, ptejte se.

┌vod do ·vodu:
Mo₧nß o tom vφte, mo₧nß ne. Fyzika stojφ v souΦasnΘ dob∞ p°ed velkou v²zvou. Je jφ formovßnφ takzvanΘ teorie superstrun. Ji₧ delÜφ dobu se vφ, ₧e Einsteinova obecnß relativita a kvantovß mechanika jsou v zßsadnφm rozporu. P°esto byly ob∞ tyto teorie na konkrΘtnφch p°φkladech experimentßln∞ prokßzßny. ProΦ by ale m∞ly pro "velkΘ" v∞ci platit jinΘ p°φrodnφ zßkony, ne₧ pro v∞ci "malΘ". Tento gordick² uzel se sna₧φ rozetnout superstrunnß teorie. Jejφ zßkladnφ myÜlenkou je, ₧e ka₧dß elementßrnφ Φßstice se dß popsat jako jednorozm∞rnΘ vlßkno energie, kterΘ naz²vßme strunou. Tato struna m∙₧e r∙zn²mi zp∙soby kmitat, Φeho₧ d∙sledkem jsou fundamentßlnφ vlastnosti danΘ Φßstice. AmeriΦan Brian Greene napsal knihu Elegantnφ vesmφr, kterß se jako prvnφ sna₧φ p°iblφ₧it myÜlenky tΘto teorie nejÜirÜφ ve°ejnosti. Jejφ Φesk² p°eklad by m∞l vyjφt v letoÜnφm roce. P°esto₧e teorie superstrun je relativn∞ mladß a spoustu v∞cφ zb²vß jeÜt∞ do°eÜit, p°edstavuje obrovsk² krok k takzvanΘ finßlnφ teorii. Je p°ekvapujφcφ, v jakΘm stadiu se dnes ji₧ fyzika nachßzφ. Sv∞dΦφ o tom i v²rok p°ednφho teoretickΘho fyzika Stephena Hawkinga. Mnozφ mu vyΦφtajφ, ₧e v jeho vesmφru nez∙stßvß ₧ßdnΘ mφsto pro p∙sobenφ Boha. Na to on odpovφdß: "Mß prßce ukazuje jen na to, ₧e nemusφme p°ijφmat p°edstavu vesmφru, kter² vznikl jako v²sledek Bo₧φ myÜlenky. Ale po°ßd zb²vß otßzka, proΦ se vesmφr v∙bec obt∞₧uje existovat. Chcete-li, m∙₧ete definovat Boha jako odpov∞∩ na tuto otßzku."

Zßklad teorie:
Podle teorie strun nejsou elementßrnφmi stavebnφmi kameny vesmφru bodovΘ Φßstice (velikost 0), jak nßs uΦφ teorie zvanß standardnφ model. Mφsto toho jsou jimi tenkß jednorozm∞rnß vlßkna, kterß periodicky vibrujφ - struny. Krom∞ nich obsahuje strunovß teorie takΘ vφcerozm∞rnΘ objekty zvanΘ n-brßny, ale to nenφ tak podstatnΘ. DalÜφ d∙le₧itß v∞c, kterou nßs modernφ fyzika uΦφ a kterou se strunovß teorie vÜemo₧n∞ sna₧φ vyu₧φt, je pojem symetrie. Postulßt, ₧e ve vÜech inercißlnφch vzta₧n²ch soustavßch platφ stejnΘ fyzikßlnφ zßkony, se naz²vß relativita (a¥ u₧ klasickß, nebo einsteinovskß). To je zß°iv² p°φklad symetrie. Znamenß zavedenφ demokracie do tohoto sv∞ta, zrovnoprßvn∞nφ vÜech pohled∙. Ka₧d² pozorovatel mß stejnΘ prßvo tvrdit, ₧e se nepohybuje, ₧e se pohybujφ ostatnφ. Krom∞ "obyΦejn²ch" symetriφ vyu₧φvß teorie superstrun jeÜt∞ jednu dalÜφ - supersymetrii. Tato symetrie svazuje Φßstice s celoΦφseln²m spinem (tj. vlastnφm momentem hybnosti), kterΘ naz²vßme bosony, a Φßstice s poloΦφseln²m spinem - fermiony. Supersymetrie ovÜem nenφ vlastnostφ pouze teorie superstrun. I samotn² standardnφ model lze rozÜφ°it tak, aby byl sypersymetrick².

D∙sledky:
1. JeÜt∞ mßme v ₧ivΘ pam∞ti, jak² p°evrat (zak°iven² prostor i Φas) znamenala Einsteinova relativita. U₧ tedy vφme, ₧e d∙sledky odvozovanΘ ze symetriφ mohou b²t p°ekvapujφcφ. Od dob Einsteina takΘ °φkßme, ₧e Φas lze chßpat jako Φtvrt² rozm∞r. Pozoruhodn²m d∙sledkem teorie strun je tvrzenφ, ₧e nßÜ prostor nemß pouze t°i rozm∞ry, ale 9 (v M-teorii pak 10). Logickß otßzka znφ: "Jakto₧e jsme si toho dosud nevÜimli?" Odpov∞∩ tu je. P°ebyteΦnΘ dimenze jsou toti₧ "svinuty" do velmi malΘho ·tvaru - variety (nap°. Calabi-Yauovy). Kdybychom ₧ili v prostoru, kter² mß tvar povrchu nekoneΦn∞ dlouhΘho vßlce o velice malΘm polom∞ru, takΘ bychom si mohli myslet, ₧e ₧ijeme v jednorozm∞rnΘm sv∞t∞. Prost∞ proto, ₧e fyzicky bychom se mohli pohybovat jen sm∞rem "dop°edu" nebo "dozadu". Podobn∞ je to se svinut²mi dimenzemi v teorii strun. Navφc p°esn² tvar variety jednoznaΦn∞ urΦuje takovΘ vlastnosti superstrunnΘho vesmφru, jako jsou hmotnosti a nßboje elementßrnφch Φßstic nebo vlastnosti interakcφ.

2. Teorie superstrun nßs uΦφ, ₧e nemß smysl mluvit o dΘlkßch menÜφch, ne₧ tzv. Planckova dΘlka (cca 10-34m). MenÜφ objekty neexistujφ, tak₧e nelze uskuteΦnit m∞°enφ na menÜφch vzdßlenostech. Tφmto jednoduch²m zp∙sobem byl vy°eÜen problΘm, kter² vznikl p°i sluΦovßnφ rovnic obecnΘ teorie relativity (OTR) a kvantovΘ mechaniky (QM). Na subplanckovsk²ch vzdßlenostech by toti₧ v d∙sledku kvantov²ch fluktuacφ dochßzelo k extrΘmnφm fluktuacφm struktury Φasoprostoru. Jestli₧e ale ve vesmφru existuje dolnφ limit pro velikost Φßstice, pak k niΦemu takovΘmu nem∙₧e dojφt.
3. M∞°enφ vzdßlenosti lze uskuteΦnit tak, ₧e poÜleme objekt znßmou rychlostφ do prostoru a budeme m∞°it dobu jeho letu. V nestrunovΘ fyzice ₧ßdn² problΘm. Pokud mßme nap°φklad teorii strun v prostoru, kter² vypadß jako plßÜ¥ vßlce s velk²m polom∞rem R, pak m∙₧eme °φct, ₧e uzav°enß struna, kterß je okolo vßlce navinutß, bude mφt velkou dΘlku. Existuje ale jeÜt∞ alternativnφ druh popisu, o kterΘm lze matematicky dokßzat, ₧e odpovφdß ·pln∞ stejnΘ fyzikßlnφ situaci. P°i tomto ·hlu pohledu je polom∞r vßlce 1/R a struna se pohybuje ve sm∞ru svinutΘ dimenze, p°iΦem₧ u₧ v∙bec nemusφ b²t na vßlec namotanß. Jejφ dΘlka tedy m∙₧e b²t velice malß. V²sledek m∞°enφ vzdßlenosti tedy zßvisφ na tom, zda pou₧ijeme struny lehkΘ (nenavinutΘ) nebo t∞₧kΘ, navinutΘ. Podle teorie strun jsou oba v²sledky ekvivalentnφ (jsou sprßvn∞). P°i b∞₧nΘm m∞°enφ pou₧φvßme v₧dy struny lehkΘ, proto₧e je to technicky snadno proveditelnΘ. Z toho ale plyne, ₧e znßme jen jednu definici pojmu vzdßlenost, p°esto₧e ve skuteΦnosti jsou dv∞. Navφc za t∞chto okolnostφ je tvrzenφ, ₧e vesmφr se rozpφnß, stejn∞ sprßvnΘ jako tvrzenφ, ₧e vesmφr se smrÜ¥uje.

Stav teorie:
Teoriφ superstrun existuje 5 druh∙ (typ I, IIA, IIB a heterotickΘ SO(32) a E8×E8). Jsou svßzßny celou sφtφ dualit (ekvivalencφ), kterß krom∞ nich obsahuje i M-teorii, o nφ₧ tolik znalostφ jako o superstrunßch nemßme. Matematick² aparßt je zatφm ne·pln². Je znßma °ada poruchov²ch (p°ibli₧n²ch) metod, kterΘ se ale dajφ u₧φt jen pro tzv. slab∞ vßzanΘ struny a pro popis vesmφru na skuteΦn∞ fundamentßlnφ ·rovni nestaΦφ. NeporuchovΘ formulace znßme pouze v n∞kolika specißlnφch p°φpadech, tak₧e zb²vß velkΘ mno₧stvφ nezodpov∞zen²ch otßzek. Je pravd∞podobnΘ, ₧e dnes znßme jen zlomek teoretickΘ struktury, kterß se za superstrunami skr²vß. Je to jako sklßdat Rubikovu kostku. I kdy₧ mßme slo₧enou velkou Φßst, nem∙₧eme odhadnout, kolik prßce nßm jeÜt∞ zb²vß.

Na zßv∞r filosofickß poznßmka. Jestli₧e finßlnφ teorie existuje a fyzikovΘ ji skuteΦn∞ objevφ, ani tak nikdy nebude jistΘ, ₧e je to opravdu ona. Ve fyzice toti₧ nelze dokßzat platnost tvrzenφ. Exaktn∞ dokßzat lze pouze neplatnost, vzhledem k tomu ₧e ₧ßdnΘ za°φzenφ nem∞°φ se stoprocentnφ p°esnostφ.

U₧iteΦnΘ odkazy:

Interduction to superstrings by John M. Pierre
Zßkladnφ myÜlenky teorie na strßnce LuboÜe Motla
Domßcφ strßnka bestselleru Elegantnφ vesmφr
Fabiho odkazy na superstruny
╚lßnek o jednom zajφmavΘm objevu z roku 1996
Kvantovß fyzika: DvojÜt∞rbinovΘ experimenty
Obecnß relativita: Detektory gravitaΦnφch vln
StruΦn² ·vod do teorie pivnφho pole :-)

P°ipomφnky a dotazy posφlejte autorovi strßnek, p°φsp∞vky do diskuse sem.
M∙₧ete se vrßtit zp∞t na homepage anebo tam, odkud jste p°iÜli.