Teorie superstrun

Teorie superstrun je jedna z nejznámějších a dosud v mnoha směrech neúplných tzv. teorií všeho. Velmi populárně řečeno, tato teorie předpokládá, že základními stavebními kameny přírody nejsou částice s nulovými rozměry, nýbrž jednorozměrné struny, které vibrují různými způsoby, odpovídajícími různým druhům částic. Veškeré interakce se redukují na spojování a rozpojování strun. Zastánci této dosud kontroverzní teorie se domnívají, že tato teorie elegantně a harmonicky sjednocuje teorie velkého a malého, tedy obecnou teorii relativity (OTR) a kvantovou mechaniku (KM), které jsou jinak do jisté míry neslučitelné. Podle teorie superstrun (M-teorie) má vesmír namísto nám dobře známých čtyř rozměrů 11 rozměrů, jeden časový a deset prostorových. Dodatečné rozměry jsou ovšem svinuty do variety malé velikosti, v důsledku čehož unikají přímému pozorování.

V současné době existuje pět konzistentních, ale vzájemně se lišících teorií superstrun. Tyto teorie jsou však pevně svázány dualitami, objevenými v tzv. druhé superstrunové revoluci v roce 1995. Pomocí těchto dualit sjednocuje tyto teorie tzv. M-teorie. M-teorie může existovat v 11 dimenzích časoprostoru. Mnoho vlastností M-teorie ale ještě čeká na vysvětlení.

[editovat] Co vysvětluje teorie superstrun

Experimentálně je známo, že elementární částice tzv. standardního modelu jsou uspořádány do 3 rodin, navzájem odlišných pouze hmotností. Standardní model nemá pro toto žádné jednoznačné a teoreticky podložené vysvětlení. V teorii strun byl vysloven předpoklad, že tři rodiny elementárních částic by mohly souviset se základní topologickou charakteristikou geometrických objektů, která se nazývá genus. Intuitivně jde o počet otvorů v geometrickém objektu, kterým jsou v teorii superstrun tzv. Calabiho-Yauovy variety.

Superstrunová teorie by měla být teorií elementárních částic a mezi rozsáhlou množinou nikdy nepozorovaných částic je též nehmotná částice se spinem 2. Takovéto vlastnosti by měl mít graviton, což je nutný předpoklad každé teorie, která má být adeptem též na teorií gravitace.

Superstrunná teorie docílila určitého pokroku v práci se singularitami a divergencemi, a umožňuje matematicky lépe popsat některé související teoretické představy, např. pro období krátce po velkém třesku, nebo entropii černé díry.

[editovat] Co teorie superstrun neposkytuje

Teorie superstrun, přinejmenším ve své současné podobě, má jen značně neurčitou a nejasnou formální i obsahovou strukturu (postuláty, rovnice, interpretace). Neumoňuje vypočíst hmotnosti elementárních částic, ani hodnoty těch vazebních konstant a parametrů, které figurují již ve standardním modelu. Nepodává žádný jasný a jednoznačný předpis pro tzv. kompaktifikaci, tedy problém, jak přejít z prostoru o předpokládaném vysokém počtu dimenzí (např. 11 nebo 27) do běžného 4-rozměrného časoprostoru. Příslušných produktů kompaktifikace, tzv. Calabiho-Yauových variet, existuje pak nespočetně mnoho a není známo, na základě jakého dodatečného principu mezi nimi fyzikálně vybrat a docílit konkrétnější předpovědi. Tím, že teorie superstrun připouští v podstatě téměř libovolně vysoký počet nikdy nepozorovaných elementárních částic, neposkytuje ani určení toho, kolik elementáních částic vlastně existuje. Teorie superstrun dnes neumožnuje prakticky žádné testovatelné netriviální předpovědi v oblasti experimentálně dostupné fyziky. Mnoho kompetentních fyziků proto na teorii superstrun v její současné podobě pohlíží skepticky, anebo mnohá její tvrzení přímo odmítá.

[editovat] Přehled strunových teorií

Fyzikové v teorii strun byli zneklidněni existencí pěti různých strunových teorií. Během tzv. superstrunové revoluce se ukázalo, že tyto teorie jsou limitními případy jedné teorie, M-teorie, která předpokládá 10 prostorových a 1 časový rozměr.

[editovat] Struny a brány

Kromě jednorozměrných strun předpokládá teorie také existenci vícerozměrných útvarů, p-brán. Konce otevřených strun se mohou pohybovat pouze po bráně.

[editovat] Experimentální ověření

Zatím neexistuje, určitým pokrokem by mohlo být uvedení do provozu LHC. Fyzikové doufají, že by mohly být s jeho pomocí objeveny alespoň některé z mnoha supersymetrických částic, které teorie superstrun umožňuje. Protože však současné teorie superstrun připouštějí supersymetrických částic v podstatě neomezené množství, významnější verifikace teorie touto cestou je obtížná.

Další možností pro dílčí verifikaci teorie by mohlo být přímé pozorování obří superstruny ve vesmíru. Přesněji řečeno, nějakého geometrického útvaru, který by bylo možné interpretovat jako Calabiho-Yauovu varietu v teorii strun. Takováto struna snad mohla vzniknout v raných fázích vesmíru a nyní by se mohla při pozorování jevit jako určitá gravitační čočka. Možnosti tohoto typu jsou ovšem dosud velmi nejasné a neprůkazné nejen na úrovni experimentu, ale i na úrovni interpretace, která je u teorie superstrun zatím málo rozpracovaná.

[editovat] Literatura

• Brian Greene: Elegantní vesmír. Superstruny, skryté rozměry a hledání finální teorie, Mladá fronta, Praha 2001, ISBN 80-204-0882-7
• Brian Greene: Struktura vesmíru - Čas, prostor a povaha reality, Paseka, Praha- Litomyšl 2006, ISBN 80-7185-720-3
• Stephen Hawking: Vesmír v kostce, ISBN 80-7203-421-9