Teorie superstrun

Teorie superstrun, resp. teorie strun, je jedna z nejznámějších 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 a kvantovou mechaniku které jsou jinak do jisté míry neslučitelné. Podle teorie superstrun má vesmír - namísto nám dobře známých čtyř rozměrů - jedenáct 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. +more druhé superstrunové revoluci v roce 1995. Pomocí těchto dualit sjednocuje tyto teorie tzv. M-teorie. M-teorie je formulována pro časoprostor o jedenácti dimenzích a zahrnuje i jedenáctidimenzionální supergravitaci. Mnoho vlastností M-teorie ale ještě čeká na vysvětlení.

Co vysvětluje teorie superstrun

Experimentálně je známo, že elementární částice tzv. standardního modelu jsou uspořádány do 3 rodin, navzájem odlišných pouze hmotností. +more 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 (Calabiho-Čchiouovy 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 teorii 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.

Co teorie superstrun neposkytuje

Teorie superstrun, přinejmenším ve své současné podobě, má jen značně neurčitou a nejasnou formální i obsahovou strukturu (postuláty, rovnice, interpretace). Neumožňuje vypočíst hmotnosti elementárních částic, ani hodnoty těch vazebních konstant a parametrů, které figurují již ve standardním modelu. +more 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 4rozměrného 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 elementárních částic vlastně existuje. Teorie superstrun dnes neumožňuje prakticky žádné testovatelné netriviální předpovědi v oblasti experimentálně dostupné fyziky. Nezanedbatelná část fyziků proto na teorii superstrun v její současné podobě pohlíží skepticky, anebo mnohá její tvrzení přímo odmítá.

Přehled strunových teorií

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

Struny a blány

Soubor:Point&string. png|Feynmanův diagram (vlevo) převeden na strunový model (vpravo). +more Soubor:String-interaction. jpg|Feynmanův diagram (vlevo) převeden na strunový model (vpravo). Soubor:Frobenius-relation. png|Model Frobeniovy věty. Soubor:Kugel torus string. jpg|Model anuloidu (Kugel torus).

Kromě jednorozměrných strun předpokládá teorie také existenci vícerozměrných útvarů, p-blán (membrán). Konce otevřených strun se mohou pohybovat pouze po bláně.

Experimentální ověření

Zatím neexistuje, určitým pokrokem by mohlo být uvedení do provozu LHC, který začal pracovat 10. září 2008. +more 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. +more 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.

Odkazy

Literatura

Brian Greene: Elegantní vesmír. Superstruny, skryté rozměry a hledání finální teorie, Mladá fronta, Praha 2001, * Brian Greene: Struktura vesmíru - Čas, prostor a povaha reality, Paseka, Praha- Litomyšl 2006, * Stephen Hawking: Vesmír v kostce, * Michio Kaku: Hyperprostor - Vědecká odysea paralelními vesmíry, zakřiveným prostorem a desátým rozměrem * Michio Kaku: Dále než Einstein. +more Hledání teorie vesmíru.

Související články

Feynmanovy diagramy * Teorie strun * Supersymetrie

Kategorie:Teorie strun Kategorie:Kvantová fyzika Superstrun Superstruny