Naše súčasné chápanie vesmíru ukrýva hlboký paradox. Na jednej strane máme kvantovú fyziku, ktorá funguje ako detailná príručka pre častice a sily, s ktorými interagujú. Na druhej strane máme všeobecnú relativitu, ktorá rovnako úspešne opisuje, ako sa hmota a energia pohybujú cez priestor a čas, a tiež to, ako sa priestor a čas menia v prítomnosti hmoty a energie. Každá teória funguje dobre samostatne, ale keď sa ich pokúsime použiť naraz, veci sa stanú zamotané a mätúce.

Storočné úsilie o Teóriu všetkého

Už viac ako storočie sa vedci snažia nájsť Teóriu všetkého, komplexné riešenie, ktoré by nielen vyriešilo túto zvláštnu rozpornosť medzi kvantovou fyzikou a všeobecnou relativitou, ale aj vysvetlilo všetky sily, častice a interakcie vo vesmíre prostredníctvom jednej komplexnej rovnice. Jedným z navrhovaných riešení je teória strún. Tá naznačuje, že všetko vo vesmíre je na najzákladnejšej úrovni tvorené z malých vibrujúcich strún energie. Je to teória, ktorá sa pokúša odpovedať na otázku, čo sú základné, nedeliteľné, neoddeliteľné zložky, ktoré tvoria všetko okolo nás.

Cesta do hĺbky: Od sviečky k strunám

Predstavte si, že sa pozrieme na obyčajnú sviečku v držiaku a chceme zistiť, z čoho je vyrobená. Na tejto ceste hlboko dovnútra objektu skúmame jeho zložky. Všetci vieme, že ak zájdeme dosť hlboko, narazíme na atómy. Tiež vieme, že atómy nie sú koncom príbehu. Majú malé elektróny, ktoré krúžia okolo esenciálneho jadra s neutrónmi a protónmi. Aj neutróny a protóny majú v sebe menšie častice, ktoré sa nazývajú kvarky. Tu konvenčné myšlienky končia. Nová myšlienka teórie strún hovorí, že hlboko vnútri akejkoľvek z týchto častíc je niečo iné – tanečný filament energie, ktorý vyzerá ako vibrujúca struna. To je základný nápad teórie strún.

Vibrácie strún a rôznorodosť sveta

Rovnako ako struny v čele môžu vibrovať rôznymi spôsobmi a vytvárať rôzne hudobné tóny, tieto struny energie môžu tiež vibrovať rôznymi spôsobmi, ale namiesto toho, aby produkovali rôzne hudobné tóny, produkujú rôzne častice, ktoré tvoria svet okolo nás. Ak sú tieto myšlienky správne, tak ultramikroskopický obraz vesmíru vyzerá takto: je postavený z obrovského množstva maličkých filamentov vibrujúcej energie, ktoré vibrujú v rôznych frekvenciách. Rôzne frekvencie produkujú rôzne častice, ktoré sú zodpovedné za celú rôznorodosť sveta okolo nás.

Tu vidíme zjednotenie, pretože častice hmoty, elektróny a kvarky, častice radiácie, fotóny a gravitóny, sú všetky vybudované z jednej entity. Takže hmota a sily prírody sú všetky spojené pod pojmom vibrujúcich strún, a to je to, čo máme na mysli pod zjednotenou teóriou.

Matematika a dimenzie: Výzva pre teóriu strún

Keď študujete matematiku strún, zistíte, že nefunguje vo vesmíre, ktorý má len tri rozmery priestoru. Ani vo vesmíre so štyrmi, piatimi či šiestimi rozmermi priestoru to nefunguje. Nakoniec môžete skúmať rovnice a ukázať, že funguje iba vo vesmíre s desiatimi rozmermi priestoru a jedným rozmerom času. Extra rozmery sa predpokladá, že sú kompaktné alebo skryté pred naším vnímaním.

Teória strún: Elegantnosť verzus experimentálne overenie

Napriek príťažlivosti elegantnej matematiky a zjednocujúcemu potenciálu teória strún zatiaľ neposkytla žiadne testovateľné predpovede ani experimentálne dôkazy. To vedie niektorých k otázke, či je teória strún mŕtva alebo stále životaschopným kandidátom na Teóriu všetkého. Tvrdí sa, že problém je len ťažký, nie že sa venujeme nesprávnemu smeru.

Teória tiež predpokladá, že existuje ucelené teoretické chápanie všetkých javov vo vesmíre, čo je filozofické vyhlásenie o skúmanom vesmíre. História takéhoto úsilia nikdy nebola úspešná, preto zvažujem možnosť, že existuje úplne iná myšlienka, ktorá by ju mohla nahradiť.

Hľadanie dôkazov o skrytých rozmeroch

Testovanie existencie skrytých rozmerov je komplexný problém a hlavná výzva v teoretickej fyzike, najmä vzhľadom na to, že mnohé teórie, napríklad teória strún, naznačujú, že sú neuveriteľne malé, pravdepodobne kompaktné a nedostupné konvenčnými spôsobmi.

Pri najjednoduchšom prístupe k teórii strún si predstavujeme, že tieto rozmery skutočne existujú. Rovnako ako tri priestorové rozmery okolo nás (vľavo, vpravo, späť, dopredu, hore, dole) sme ponorení do týchto rozmerov. Tieto ďalšie rozmery sú rovnako skutočné, s jediným rozdielom v ich tvare a veľkosti, ktorý sa líši od rozmerov, ku ktorým máme priamy prístup.

Jeden prístup predpokladá, že tieto dodatočné rozmery sú pevne zvinuté do krásnej geometrickej formy, ktorá je všade okolo nás, ale príliš malá na detekciu našimi očami alebo aj najvýkonnejšími zariadeniami. Podľa matematiky však veľkosť a tvar týchto rozmerov zanechávajú odtlačok vo svete, ku ktorému máme prístup.

Dúfame, že kontakt s experimentálnou fyzikou dosiahneme napríklad na Veľkom hadrónovom urýchlovačie. Pri búraní protónov veľmi vysokou rýchlosťou by mohli tieto dodatočné rozmery pri zrážke vytvoriť energetický odpad, ktorý môže opustiť naše rozmery.

Spôsob detekcie by spočíval v zistení väčšieho množstva energie pred zrážkou než po nej, pretože odpad by odniesol energiu mimo detektorov. Zatiaľ sa tak nestalo, no to neznamená, že sa to nikdy nestane. Bolo by to ohromujúci moment v histórii ľudstva, ak by sme získali nepopierateľné dôkazy o existencii ďalších rozmerov.

Postavenie teórie strún dnes

Po desaťročiach výskumu teória strún ešte neposkytla jedinú predpoveď, ktorá by mohla byť experimentálne overená. Je teória strún mŕtva? Je to otázka, ktorú si mnohí kladú vzhľadom na nedostatok empirických dôkazov. To však neznamená, že je to slepá vedecká ulička. Práve naopak. Ako sa pole rozvíja, musíte ho posudzovať podľa iného štandardu. Musíte hodnotiť, či robí pokrok v základných otázkach, prehlbuje naše chápanie predmetu, a podľa tohto meradla teória strún dosahuje veľmi vysoké skóre. Súčasne musíte tiež posudzovať, či sa dostáva do kontaktu s experimentom, a v tomto meradle máme stále výzvy.

Povedal by som, že mnohí teoretici strún, vrátane mňa, sú veľmi triezvi ohľadom teórie. Pokrok, ktorý mala pred 30-40 rokmi, nezmizol, ale stali sme sa lepšie vybavení na posúdenie dlhej cesty pred nami, čo nebolo niečo, v čom sme boli v 80. rokoch obzvlášť dobrí. Taká je povaha vedy – rýchle údery, ktoré vyriešia všetko, sú zriedkavé a ďaleko medzi sebou. Ak ste hľadali rýchle riešenie veľkých otázok sveta, boli by ste sklamaní a myslím si, že boli ľudia, ktorí boli sklamaní a prešli pracovať na iné témy.

Ak ste v tom ako Einstein, ktorý bol celý život zameraný na to, aby zistil odpovede na hlboké otázky, potom si myslím, že teória strún bola bohatým zdrojom materiálu, ktorý udržal toľko ľudí hlboko zapojených do posúvania hraníc vpred. Od najmenších častíc až po veľkoleposť kozmu, veda bola vždy naším nástrojom na odhaľovanie vrstiev neznámeho, na osvetľovanie tmy nevedomosti svetlom porozumenia.

Jedna vec je istá – sledovanie vedy nikdy nekončí. Každá odpoveď odhaľuje nové otázky, každé odhalenie vedie k novým záhadám. Posúvame sa vpred v našej ceste s vedomím, že v grandióznom pláne kozmu len začíname škriabať povrch obrovského neznámeho.

Obrázky: AI, Zdroj: ScienceTime24