Žijeme v skolabovanom vesmíre

(Superstruny a „Teória všetkého“ 2. časť)Všetko je nič, v istom zmysle, pretože všetko je vytvorené z priestoru, ktorý v tomto kontexte znamená len čistú geometriu. (T. Ferris, Zpráva o stavu vesmíru, vyd. Aurora, 2000)(Pokračovanie článku Einsteinov sen sa napĺňa z 28. júna)

Zoo subatomárnych častíc

Cestu do mikrosveta subatomárnych častíc lemujú zástupy elementárnych častíc tých najbizarnejších vlastností. Čím hlbšie dovnútra hmoty sa v urýchľovačoch dostávame, tým viac takýchto častíc objavujeme. Súčasná „zoo“ týchto základných (podľa Štandardného modelu) častíc predstavuje už niekoľko stoviek členov a na obzore sú ďalšie. Čoraz viac fyzikov preto pochybuje, že Štandardný model dokáže udržať toto divoké „hyperenergetické stádo“ pohromade. Kam až treba zájsť do labyrintu mikrosveta, aby sme objavili primárnu matériu, z ktorej vzniká svet?

Odpoveďou môže byť – ale aj nemusí superstruna, univerzálna vibrujúca niť, 100 miliárd miliárdkrát menšia ako protón. Všetko sa odohráva v mysterióznych mikroskopických sférach, kde je nemožné rozlíšiť hranice medzi časticou v klasickom zmysle a vibrujúcou strunou. Nič nie je takým, akým sa zdá, a klasický obraz sveta založený na postupnom delení je pre fyziku 21. storočia nepoužiteľný.

Vibrujúca struna alebo vojaci na moste

Ako vibrujúca struna získava vlastnosti a silu častice? Predstavme si regiment vojakov pochodujúcich po drevenom moste. Ak pochoduje armáda neskúsených partizánov, z mosta sa ozýva plynulý hrmot, podobný zvuku sypúcich sa zemiakov. Zvuk ostrieľaných vojakov však znie inak; ozývajú sa rázne, silné údery pravidelných krokov, ktorých sila dokáže po určitom čase zničiť most v dôsledku rezonancie. (Preto vojaci na moste nikdy nepochodujú.) Podobne je to aj s vibrujúcou strunou. Špecifické vibrácie vytvárajú rezonancie, ktoré zodpovedajú špecifickým časticiam, tak ako ich nachádzame v mikrosvete vysokých energií. Analógiou môže byť aj husľová struna, ktorá vibruje na rôznych frekvenciách, tvoriacich jednotlivé hudobné tóny. Žiadny z tónov však nie je prioritný alebo základný; tón C je rovnako „kvalitný“ ako tón E. Podobne, žiadna elementárna častica nie je „lepšia“ ako iná; elektrón nie je o nič základnejší (a dôležitejší) ako napríklad neutríno. Obidve častice však vyzerajú „základne“ (elementárne) pretože naše detektory sú zatiaľ veľmi slabé a nedokážu rozlíšiť ich vnútornú štruktúru. To, čo je však základné (a čo by sme teoreticky uvideli pomocou výkonnejších detektorov), je vibrujúca struna. Hmota je harmóniou tvorenou vibrujúcimi strunami a vesmír je ich symfóniou. A tak ako husľová struna vytvára nekonečne mnoho rôznych tónov, vesmírna struna vibrujúca na nekonečnom počte frekvencií vytvára nekonečne mnoho foriem hmoty.

Teória strún je okrem elementárnych častíc schopná vysvetliť všetky fundamentálne sily prírody. Navyše, tvorí základ všetkých predchádzajúcich teórií, ako je všeobecná relativita, supergravitácia či tzv. štandardný model. Odstraňuje pojem nekonečna, ktorý prenasleduje kvantovú teóriu poľa ale aj iné teórie vrátane teórie relativity. Predpokladaný nositeľ (sprostredkovateľ) gravitačnej sily, jej základné kvantum – gravitón – je v teórii strún vibrujúcou uzavretou strunou. David Gross z princetonskej univerzity, na ktorej prednášal aj Albert Einstein, verí, že teória strún by určite zaujala aj jeho (Einsteina). Ako raz s humorom poznamenal Edward Witten (taktiež z Princetonu, USA) pre magazín Scientific American, to, že Einstein objavil teóriu relativity pred teóriou strún (superstrún), je náhoda, iné civilizácie v obrovskom oceáne kozmu pravdepodobne objavili alebo objavia skôr struny ako relativitu.

Všetko je nič

Teória strún vysvetľuje aj povahu časopriestoru. V časopriestore struna vykonáva množstvo komplikovaných pohybov, môže sa deliť na menšie časti, „trhať“ sa, tvoriť slučky alebo sa zrážať s inými strunami a vytvárať dlhšie struny. Struny sú samostatné „kúsky“ priestoru a ako povedal John Schwarz z kalifornského technologického inštitútu (Caltech), jeden z najväčších súčasných odborníkov na teóriu strún, „táto teória je príliš krásnou matematickou konštrukciou na to, aby bola pre prírodu irelevantná“. Ako žiadny iný obraz prírody, skladá všetko z priestoru; struny sú len zakriveným priestorom.

10-rozmerná (možno 26-rozmerná) teória strún má teda množstvo výhod oproti iným konkurenčným teóriám. Jej čaro však spočíva v tom, že ako prvá v histórii pátrania po pôvode vesmíru a jeho zákonoch by mohla zjednotiť všetky sily, ktoré držia náš svet pohromade. V jej sfére sa možno ukrývajú svety, ktoré sú ďaleko za hranicami našej predstavivosti a chápavosti.

Prečo práve struny?

Prečo nie vibrujúce guľôčky, doštičky či iné štruktúry? Veď nezdá sa, že by práve struny alebo nite boli tými štruktúrami, ktoré vesmír obľubuje. Na makroskopických priestorových škálach nepozorujeme zatiaľ žiadne výraznejšie objekty v tvare strún; hviezdy majú tvar gule, galaxie sú väčšinou v tvare diskov, medzihviezdne oblaky prachu a plynu nadobúdajú najrozličnejšie nepravidelné tvary. Dokonca vesmír v tom najväčšom meradle, aký sme v súčasnosti schopní pozorovať, má tvar akejsi špongie s galaxiami a kopami galaxií rozloženými v nepravidelných stenách oddelených gigantickým prázdnym priestorom.

Struna je však charakteristická pre inú formu organizácie hmoty a to tú najkomplikovanejšiu, akú sme zatiaľ vo vesmíre objavili – život. Strune sa podobá molekula DNA (deoxyribonukleová kyselina), v ktorej je zapísaný kód života. Zdá sa teda, akoby struna bola vyhradená samotným základom všetkého jestvovania – Univerza a života. V obidvoch prípadoch pomerne jednoduchá štruktúra, ktorá sa ľahko replikuje, nesie ohromné množstvo informácií.

Čo zistíme o vesmíre?

Aký teda bude osud tejto nádejne fascinujúcej teórie plnej abstraktnej krásy a miliárd nekonečných vesmírov? Od jej zrodu v roku 1968, keď mladí teoretickí fyzici Gabriel Veneziano a Mahiko Suzuki v Európskom stredisku jadrového výskumu (CERN) vo Švajčiarsku náhodou objavili základy tejto teórie, sa publikovali tisícky vedeckých prác a vzniklo niekoľko dnes už prestížnych laboratórií, ktoré sa superstrunám venujú. Nedávno, v roku 1995 urobil Andrew Strominger z kalifornskej univerzity v Santa Barbare mimoriadne dôležitý krok. Rozpoznal rovnosť medzi strunami a extrémnymi čiernymi dierami, ktoré už desaťročia zamestnávajú najväčšie mozgy súčasnej teoretickej fyziky. Spolu s Brianom Greenom z Cornellovej univerzity a Davidom Morrisonom z Duke univerzity ukázali, ako môžu určité typy čiernych dier nadobudnúť podobu elementárnych častíc. (Samostatný článok o tejto téme prinesieme v jednom z budúcich vydaní prílohy Veda)

„Neverím, že niekto môže o vesmíre niečo zistiť, okrem toho, aký je nádherný, ale to už vieme…“ hovorí Strominger.

MICHAL ŠERŠEŇ

(Autor je astrofyzik a šéfredaktor e-zinu 5D.SK)