Niezależnie od historii idei strun, oraz modeli strunowych świata mikro, historii, która urwała się za sprawą poważnych kłopotów matematycznych (“nieskończoności” w formułach oraz tzw. anomalie),problem unifikacji trzech oddziaływań był prawie rozwiązany w latach siedemdziesiątych ub. wieku.W Modelu Standardowym, doświadczalnie i teoretycznie wykazano istnienie jednej siły elektrosłabej (Weinberg,Glashow,Salam [1,2]),która przy energiach poniżej 10E2 GeV rozpada się na dwie : elektromagnetyczne oddziaływanie oraz oddziaływanie słabe.Gorzej było z unifikacją trzech oddziaływań. Teoretycznie, opracowano ją w postaci modelu GUT ( Grand Unifield Theory),poznano warunki fizyczne przy jakich ona może nastąpić(energie rzędu 10E16 GeV, temperatura rzędu 10E28 K),ale weryfikacja doświadczalna, jeśli w ogóle możliwa w warunkach ziemskich, to była tylko pośrednia.Jednak oddziaływań fundamentalnych w przyrodzie jest trochę więcej niż trzy.Grawitacja, czwarte fundamentalne oddziaływanie, nie dała się połączyć z pozostałymi w ramach Modelu Standardowego. Przeszkód po temu było wiele, w tym najważniejsze, to różnica w symetriach. W fizyce cząstek elementarnych występują tzw. symetrie dynamiczne, a w ogólnej teorii względności A.Einsteina, którą można nazwać teorią grawitacji – symetrie czasoprzestrzeni.GUT więc w latach siedemdziesiątych była i zarazem nie była.Toteż odkrycie teoretyczne dokonane w roku 1974 przez J.Schwarza i J.Scherka [3] podczas analizy kwantowomechanicznych równań teorii strun, wielu historyków fizyki uważa za początek kwantowej teorii grawitacji.Zgodnie z tym odkryciem, podczas kolizji supercięzkich jąder powinna być wytwarzana w dużych ilościach nowa cząstka bezmasowa o spinie 2.Kierując się trafną intuicją, badacze ci postawili hipotezę, iż cząstka ta musi być poszukiwanym od dawna grawitonem , czyli bozonem przenoszącym oddziaływanie grawitacyjne. Tym samym, równania teorii strun zawierają opis grawitacji !Entuzjazmu środowisk, w związku z tą ideą jednak nie było, gdyż do wcześniejszej, wariackiej hipotezy wielowymiarowości świata mikro ,teoria strun dołączyła drugą, podobną ,która ostatecznie postawiła barierę przed empiryczną weryfikacją twierdzenia, że wreszcie udało się skwantować grawitację. Bowiem struny przenoszące oddziaływanie grawitacyjne powinny – według obliczeń- być bardzo małe, porównywalne ze skalą Plancka a więc rzędu 10E(-36) [m], co oznaczało dla każdego eksperymentatora ,że tej idei w laboratorium nie będzie można zweryfikować w długiej perspektywie czasowej.Strunowy model kwantowej grawitacji został wrzucony do lamusa, tym bardziej ,że w rozważanych latach chromodynamika wzbudzała największe zainteresowanie, i GUT ( bez grawitacji) przybierała realne kształty w ramach Modelu Standardowego cząstek.Tymczasem do nieustępliwego entuzjasty teorii strun, jakim był J.Schwarz, pod koniec lat siedemdziesiątych dołączył utalentowany matematycznie Michael Green (z Queen Mary College w Londynie) i w 1984 roku duet ten stał się sławny przez przypisanie mu autorstwa :”pierwszej rewolucji w teorii strun”.Na czym ta rewolucja polegała ?Po pierwsze, usunięte zostały wszystkie ”nieskończoności” oraz tzw. anomalie ze struktury formalnej (matematycznej) teorii, dzięki czemu stała się ona spójna logicznie.Po drugie, wprowadzoną najwyższą – do tej pory- symetrię w przyrodzie zwaną supersymetrią. Jest to symetria powodująca, że równania fizyki opisujące wszystkie oddziaływania nie ulegają zmianie, jeżeli zamienimy między sobą dowolne cząstki elementarne.Supersymetria doskonale pokazuje dualność pomiędzy bozonami i fermionami, czyli pomiędzy polem a materią cząsteczkową. Obiekty w modelu strunowym spełniające tę symetrię nazywamy – superstrunami. Cały Wszechświat dźwięczy superstrunami !Po trzecie, teoria superstrun wprowadza niezwykłą ideę istnienia wszechświata o 10 wymiarach(9 wymiarów przestrzennych i 1 czasowy ).Żyjemy w empirycznie dostępnej warstwie tego wszechświata która ma 4 wymiary dostępne naszym zmysłom(3 wymiary przestrzenne i 1 wymiar czasowy ).6 wymiarów przestrzennych jest dla nas –jak na razie- niedostępnych, gdyż obiekty z owego świata 6- wymiarowego mają rozmiary, do których można tylko dotrzeć przy użyciu ogromnych energii ,na razie niedostępnych laboratoryjnie.Równania teorii superstrun wymuszają istnienie takiego wielowymiarowego świata i jednocześnie określają jakie kształty (jaką postać) mogą mieć obiekty w tym niewidzialnym 6-wymiarowym świecie. Obok prostych kształtów jak okręgi, kule, powierzchnie sferyczne- występują tam kształty zwane przestrzeniami Colabiego-Yau. Przestrzenie te odkryli ,gdy teorii strun jeszcze nie było w fizyce dwaj matematycy; Eugene calabi [5] oraz Shing - Tung Yau.Każdy taki kształt (przestrzeń) jest zaczepiony w każdym punkcie naszej trzywymiarowej przestrzeni i gdy spacerujemy po parku lub jedziemy naszym wozem, to jednocześnie przemieszczamy się w świecie nieskończonej liczby 6-wymiarowych kształtów. Może to dobrze ,że nasze zmysły nie reagują na obiekty tego niewidzialnego świata?Każda rewolucja przynosi jakiś pożytek.Rewolucja strunowa z roku 1984 pozwoliła, w kilku następnych latach, na wyprowadzenie Modelu Standardowego cząstek elementarnych i uzasadnienie prawie wszystkich jego założeń i parametrów stałych, przyjętych ad hoc, by uzgodnić go z doświadczeniem.Dlaczego mamy takie, a nie inne cząstki? Dlaczego tworzą trzy grupy o takiej liczebności? Dlaczego stałe fizyczne np. ładunek i masa elektronu są właśnie takie a nie inne? Dlaczego w Modelu Standardowym występuje aż 19 parametrów gwarantujących jego spójność formalną ale niezrozumiałych, jeśli idzie o ich wartości ? Dlaczego cząstki elementarne mają takie własności, które pozwalają na powstanie gwiazd, a później – planet wokół nich ?Na te, i podobne pytania ,Model Standardowy nie odpowiada, gdyż dotyczą one danych początkowych, które musi przyjąć niby aksjomaty , aby być systemem pojęć w miarę koherentnym. Analiza tego rodzaju pytań wyprowadza nas poza teorię daną i zmusza do budowy tzw. teorii nakrywającej ,bardziej ogólnej od danej.W teorii superstrun, która taką “nadteorią” właśnie jest mamy odpowiedzi na podobne pytania. Teoria ta odpowiada na pytania “Dlaczego”, ponieważ matematyka drgań superstrun na to pozwala. Przez społeczność fizyków i popularyzatorów teoria ta została nazwana “ Teorią Wszystkiego” (Theory of Evrything).Co to znaczy? Czy my wiemy, co to znaczy “wszystko” w bycie? Czy można sobie wyobrazić “ wszystko” i nic więcej? Czy to jest to, co zostało poznane przez człowieka, czy też, to co jest możliwe do poznania przez człowieka? Jeżeli to drugie, to skąd my wiemy, co jest możliwe do poznania przez człowieka? Wszystko? A może tylko część “wszystkiego” jest możliwa do zrozumienia przez umysł? Czy przeciwnie: zakładamy, że umysł może poznać “wszystko”.Wszystkie powyższe pytania zdecydowanie wykraczają poza- nie tylko teorię superstrun- lecz poza fizykę, jako naukę szczegółową, gdyż są pytaniami metafizycznymi(ontologicznymi).Nie zapominajmy jednak o tym ,że pytania te rodzi fizyka współczesna. Odrzucić je, to zanegować dalszy rozwój fizyki.Teoria superstrun podejmuje problematykę metafizyczną w bardzo osobliwy sposób. Jej formalizm matematyczny(struktury matematyczne) potencjalnie opisuje multiwszechświat (multiuniverse).Przestrzeni bowiem Colabiego-Yau jest nieskończenie wiele, w każdej z nich mogą drgać superstruny. Mody tych drgań tworzą nieskończone zbiory, a każdemu z tych modów odpowiada cząstka o określonych właściwościach. Nieskończoność podniesiona do potęgi o wykładniku nieskończoność !Czy to jest rzeczywistość nieskończonej liczby światów ontycznie realizowanych, czy nieskończoność mocy myślenia człowieka o czymkolwiek? Jeżeli multiuniwersum odkryte przez teorię superstrun jest istniejącym bytem poza umysłem poznającego podmiotu, to dlaczego nasz świat jest tak radykalnie inny od światów pozostałych ? Czy one istnieją równolegle z naszym, czy może już znikły, lub jeszcze nie powstały?I w jaki sposób doprowadzić do fizykalnego badania tamtych światów? Do empirycznego kontaktu miedzy nami? Czyżby fakt istnienia w naszym wszechświecie życia, zadecydował o wyborze takiego a nie innego wszechświata?Do jego powstania i i rozwoju ? A jeśli był wybór, to kto, lub co wybierało?Fizyka nowożytna kategorycznie określiła swoją metodologię badań: odpowiadamy na pytania wyłącznie typu- Co jest? I jak jest? (Galileusz).Na pytanie “ dlaczego “ nie odpowiadamy. Nie jesteśmy filozofami lub ściślej- metafizykami.Teoria superstrun jest aktualnie najpotężniejszą teorią która odpowiada z wielką chęcią na każde pytanie typu “ dlaczego”.Jest teorią nie tylko opisującą Przyrodę ale także – lub może przede wszystkim- teorią wyjaśniającą Przyrodę.Jest więc metafizyką wyrastającą z wnętrza wysublimowanej matematyki.Stanie się fizyką ,jeśli pobiegną pozytywne testy empiryczne jej szczegółowych hipotez.Pamiętamy, że dzieje myśli o przyrodzie biegły od religii i poezji, poprzez filozofię, do nauk szczegółowych. Tym samym, czy wydarzenie, jakim jest pojawienie się teorii superstrun nie dowodzi, że dzieje myśli o Przyrodzie nie mogą być zobrazowane linią prostą wstępującą, lecz pętlami, cyklami po sobie następującymi? Literatura[1] A.Salam,J.C.Ward , Weak and elektromagnetic interaction, Nuovo Cimento,11,1959,s.568[2]S.Weinberg,A model of leptons,Phys.Rev.Lett.,19,1967,s.1264[3] J.H.Schwarz,J.Scherk,Nucl.Phys.,B 81,1974,s.118[4] M.B.Green, J.Schwarz, Phys.Lett.,B 140,s.30,1984,B 243,s.475,1984[5] E.Calabi,Ann.Sci.de IENS,12,1979,s.266
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Kultura
