Čo sú základné zložky, ktoré tvoria náš svet? Z čoho je tvorená všetka hmota vo vesmíre? Ktorá teória poskytuje opis fyzikálnych vlastností prírody v mierke subatomárnych častíc? Ktorá teória najlepšie opisuje všetko? Môže existovať Teória všetkého?
Michio Kaku a teória strún
Americký teoretický fyzik Michio Kaku je autorom niekoľkých kníh o fyzike a pracoval na výskume kvantovej mechaniky. Má jedinečný spôsob, ako vysvetliť veci, vďaka čomu zložité koncepty ako kvantová fyzika a teória strún sú pochopiteľné aj pre bežných ľudí.
Kaku vysvetľuje: „To, čo robím, je teória strún. Je to môj denný chlieb. Teória strún je teória multivesmíru. Keď sa ľudia pýtajú, čo je teória strún, jednoducho hovorí, že všetky častice, ktoré vidíme v prírode – elektrón, protón, kvarky a ďalšie – nie sú nič iné ako vibrácie na hudobnej strune, na maličkej strune.“
Robert Oppenheimer, tvorca atómovej bomby, bol v 50. rokoch 20. storočia tak frustrovaný z všetkých subatomárnych častíc vytváraných v urýchľovačoch atómov, že raz vyhlásil, že Nobelova cena za fyziku by mala ísť fyzikovi, ktorý v tom roku neobjaví novú časticu. Dnes si myslíme, že tieto častice nie sú ničím iným než hudobnými notami na týchto maličkých vibrujúcich strunách.
Podľa Kakua: „Čo je fyzika? Fyzika je harmónia, ktorú môžete napísať na vibrujúcich strunách. Čo je chémia? Chémia sú melódie, ktoré môžete hrať na týchto strunách. Čo je vesmír? Vesmír je symfónia strún.“
Tajomný svet kvantovej fyziky
Vstupujeme do tajomného sveta kvantovej fyziky, kde častice sa správajú spôsobmi, ktoré popierajú naše každodenné chápanie reality. Tieto koncepty zjednodušíme, a dúfame, že nám to prepáčite, pretože v vede nie je nič ťažšie na pochopenie ako kvantová fyzika. Ako raz povedal Richard Feynman: „Ak si myslíte, že rozumiete kvantovej mechanike, nerozumiete kvantovej mechanike.“
V srdci kvantového sveta leží atóm, základný stavebný blok hmoty, o ktorom sa kedysi myslelo, že je nedeliteľný. Ale keď fyzici skúmali hlbšie atómový svet, objavili, že častice sa nesprávajú ako každodenné objekty, s ktorými sa stretávame. V kvantovom svete častice existujú v oblaku pravdepodobnosti, môžu byť na dvoch miestach súčasne a majú záhadné spojenie, ktoré Einstein nazval „strašidelné pôsobenie na diaľku“. Aby veci boli ešte bizarnejšie, častice sa zdajú byť ovplyvnené pozorovateľom, akoby si boli vedomé, že sú sledované.
Teória strún – hlbšie do subatomárneho sveta
Teória strún nás vedie ešte hlbšie do tajomného sveta subatomárnych častíc. Podľa tejto teórie častice nie sú drobné bodky, ale malé struny, ktoré vibrujú rôznymi frekvenciami, čím vytvárajú rôznorodosť častíc, ktoré tvoria náš vesmír.
Je fascinujúce myslieť na to, že pred tisícami rokov sa starovekí grécki filozofi, ako napríklad Démokritos, pokúšali pochopiť atomárny svet pomocou rozumu a logiky.
Kaku hovorí: „Pythagoras bol rivalom Démokrita. Démokritos hovoril o atómoch pred 2000 rokmi a Pythagoras povedal nie, hudba je jazykom vesmíru.“ Keď sa pozrel na lyrovú strunu, povedal: „Pozrite sa na vibrácie, každá vibrácia zodpovedá hudobnej note. Vesmír je hudba, vesmír je vytvorený vibrujúcimi vecami, každá vibrácia zodpovedá note.“
Navštívil kováča, kde boli dlhé kovové tyče a tie klopkali. Uvedomil si, že čím je kov dlhší, tým nižší je tón. Existuje vzťah medzi dĺžkou objektu, jeho silou a tónom. Potom sa pozrel na lyrovú strunu a povedal: „Čím dlhšia lyrová struna, tým nižší tón.“ A potom povedal: „Toto je vesmír. Čo vysvetľuje rôznorodosť? Aká paradigma je dosť bohatá na vysvetlenie rôznorodosti celého vesmíru?“
Atómy. Ale čo robí atómy odlišnými? A potom povedal, že je to hudba. Ale potom sa to nikam neposunulo, pretože atómová teória nebola vytvorená ďalších 2000 rokov. Konečne s atómovou teóriou teraz máme subatomárne častice. Ale prečo máme tak veľa subatomárnych častíc? Nie sú ničím iným ako hudobnými notami na maličkej vibrujúcej strune.
Multivesmír a ďalšie dimenzie
Teória strún tiež viedla k niektorým zaujímavým myšlienkam, ako napríklad možnosť multivesmíru, kde náš vesmír je len jedným z mnohých. Hoci táto myšlienka je čisto teoretická, ukazuje, že hľadanie pochopenia subatomárneho sveta je ďaleko od ukončenia.
Niektoré z najväčších myslí vo vede sa snažili pochopiť kvantovú teóriu. Jedným z najvýznamnejších bol Albert Einstein, ktorý veril v skrytú realitu, ktorú nemôžeme priamo pozorovať. Odmietol myšlienku previazanosti, ale keďže experimenty naďalej dokazovali platnosť kvantovej teórie, Einsteinove názory sa stávali čoraz viac marginalizovanými.
Kaku spomína: „Keď som mal osem rokov, niečo sa mi stalo. Bolo to vo všetkých novinách, že veľký vedec práve zomrel a dali na titulnú stranu obrázok jeho stola. To je všetko, len jednoduchý obrázok stola na titulnej strane novín. Ten stôl mal na sebe knihu, ktorá bola otvorená, a popis hovoril viac-menej toto: Toto je nedokončený rukopis od najväčšieho vedca našej doby.“
Kaku pokračuje: „Tak som si povedal, prečo ho nemohol dokončiť? Čo je také ťažké, že to nemôžeš dokončiť, ak si veľký vedec? Je to domáca úloha, nie? Prečo ju nemohol vyriešiť? Pre mňa to bola záhada vráždy, bolo to väčšie než akýkoľvek dobrodružný príbeh. Musel som vedieť, prečo najväčší vedec našej doby nemohol niečo dokončiť. A potom som za tie roky zistil, že ten chlapík sa volal Albert Einstein a tá kniha bola teória všetkého. Bola nedokončená.“
Dnes, ako hovorí Kaku, „môžem čítať tú knihu, môžem vidieť všetky slepé uličky a falošné začiatky, ktoré urobil, a začal som si uvedomovať, že stratil cestu, pretože nemal fyzikálny obraz, ktorý by ho viedol.“ Na prvý pokus hovoril o hodinách, bleskoch a metrových tyčiach, čo nám dalo špeciálnu relativitu, ktorá nám dala atómovú bombu. Druhý veľký obraz bol gravitácia s guľami kotúľajúcimi sa po zakrivených povrchoch, čo nám dalo Veľký tresk, vznik vesmíru, čierne diery. Na tretí pokus to zmeškal, nemal žiadny obraz, ktorý by ho viedol. Dnes si myslíme, že ten obraz je teória strún.
Teória strún tiež navrhuje existenciu extra dimenzií mimo troch, ktoré poznáme. Je to myšlienka, ktorá ohýba myseľ a vyvoláva možnosť viacerých vesmírov, z ktorých každý má svoj vlastný súbor fyzikálnych zákonov. Tieto paralelné vesmíry, známe aj ako multivesmír, sú populárnou témou vo vedeckej fikci, ale sú tiež serióznou oblasťou štúdia pre vedcov. Myšlienka je, že vždy, keď existuje rozhodnutie, ktoré treba urobiť, vesmír sa rozdelí na dva alebo viac možných výsledkov, z ktorých každý sa vyskytuje v rámci svojho vlastného samostatného vesmíru.
Teória strún a temná hmota
Teória strún by mohla tiež pomôcť vysvetliť záhadu temnej hmoty. Táto záhadná substancia tvorí približne 27 percent vesmíru, ale nemôžeme ju priamo pozorovať. Jedno vysvetlenie je, že temná hmota je tvorená časticami známymi ako WIMP (slabo interagujúce masívne častice), ktoré by mohli byť produkované vibráciami strún.
Hoci je ešte veľa toho, čo nevieme o teórii strún, otvorila nové cesty výskumu a ukázala nám, že vesmír je oveľa zložitejší a úžasnejší, než sme si kedy predstavovali. Avšak teória strún by mala byť presnejšia. Hypotéza strún bola tiež silno kritizovaná vedeckou komunitou.
Kritika teórie strún
Jednou z hlavných kritík je, že je ťažké ju testovať alebo falzifikovať. Teória vyžaduje existenciu extra dimenzií mimo troch, ktoré poznáme, ale tieto dimenzie sú príliš malé na to, aby boli priamo pozorované.
Ďalšou kritikou je, že teória ešte neurobila žiadne predpovede, ktoré by mohli byť overené prostredníctvom experimentov. Napriek desaťročiam výskumu a početným matematickým vývojom teória strún nevyprodukovala žiadne definitívne výsledky, ktoré by mohli byť testované v laboratóriu.
Niektorí vedci tvrdia, že teória je príliš komplexná a zložitá, vyžadujúca existenciu viacerých vesmírov a exotických častíc, ktoré ešte neboli pozorované. Zatiaľ čo teória strún má potenciál revolučne zmeniť naše chápanie vesmíru, je dôležité pristupovať k nej s kritickým okom a naďalej skúmať alternatívne vysvetlenia pre záhady subatomárneho sveta.
Ako povedal jeden vedec: „Povedal by som, že akékoľvek pole výskumu, keď je nové, áno, priťahuje pozornosť, spravodajské médiá ho budú pokrývať a študenti sa k nemu budú hrnúť. Ale keď pole dozrieva, stráca tieto kvality, pretože už nie je také nové, ako bolo, keď bolo prvý krát predstavené pred 30 alebo 40 rokmi.“
„Ale musíte ho hodnotiť podľa iného štandardu. Musíte ho hodnotiť podľa toho, či robí pokrok v základných otázkach, či prehlbuje naše pochopenie predmetu a podľa tejto miery teória strún dosahuje veľmi vysoké hodnotenie.“
„Zároveň musíte hodnotiť, či sa dostáva do kontaktu s experimentom, a v tejto miere sme stále výzvou. Povedal by som, že mnohí teoretici strún, vrátane mňa, sú veľmi triezvi ohľadom teórie. Má obrovský pokrok, ktorý mal pred 30, 40 rokmi, to nezmizlo, ale stali sme sa lepšie vybavenými na posúdenie dlhej cesty, ktorá je pred nami.“
Obrázky: AI, Zdroj: ScienceTime24