Teória strún: Harmonizácia vesmíru

Kvantová teória, zákony, ktoré riadia veľmi malé častice, ako sú elektróny, a všeobecná relativita sú oblasťami, ktoré Stephen Hawking preskúmal s cieľom nájsť jednotnú teóriu vysvetľujúcu všetky sily vo vesmíre. Pracujem na teórii strún, ktorú považujeme za teóriu všetkého – teóriu, ktorá unikala Einsteinovi. Keď mi bolo osem rokov, udalosť úplne zmenila môj život. Vtedy všetky noviny zverejnili fotografie stola vedca s titulkom, že veľký vedec nemohol dokončiť svoju knihu. Na stole ležala kniha s nápisom, že najväčší vedci našej éry ju nedokázali dokončiť.

Fascinovalo ma, čo mohlo byť také zložité. Prečo sa neopýtal niekoho na pomoc alebo si nevyhľadal odpovede v knižnici? Počas rokov som zistil, že týmto vedcom bol Albert Einstein a kniha predstavovala nedokončenú teóriu všetkého – rovnicu, ktorá by sa zmestila do jedného centimetra a umožnila by nám „čítať myseľ Boha“.

Cesta k teórii strún

Dnes si myslíme, že sme blízko riešenia. Som spoluzakladateľom jednej z hlavných vetiev teórie strún – teórie poľa strún. Je však príliš zložitá na vyriešenie ľudským myslením. Máme rovnicu, ale jej komplexnosť znemožňuje analytické riešenie. Preto som sa začal zaujímať o kvantové počítače. Tie by mohli byť dostatočne výkonné na vyriešenie teórie všetkého a poskytnutie odpovedí na kľúčové otázky: Prečo došlo k veľkému tresku? Prečo existuje vesmír? Prečo sme tu?

Teória strún: Základňa reality

Čo ak by všetko, čo viete o vesmíre, mohlo byť prepojené jednoduchým vláknom – niečím veľmi malým, no zároveň hlbokým, čo tká samotnú tkaninu existencie? To je záhadný svet teórie strún v srdci kvantovej fyziky. Spochybňuje tradičné chápanie vesmíru a predstavuje rámec, kde drobné vibrujúce struny nahrádzajú častice, ktoré sme kedysi považovali za najmenšie stavebné kamene hmoty.

Tieto struny, oscilujúce vo viacerých dimenziách, by mohli potenciálne spojiť gravitáciu a kvantovú mechaniku. Predstavte si, že všetky sily a častice, všetky záhady prírody sa stretávajú v jednej harmonickej symfónii. Na tejto ceste začneme rozplietať struny, ktoré by mohli spojiť najväčšie rébusy fyziky. Pripravte sa na skúmanie neprebádaných území teórie strún a odhaľovanie tajomstiev nášho vesmíru.

Matematické korene a ambície

Čím viac sa dozvedáme o vesmíre, tým viac si uvedomujeme, aký je v skutočnosti jednoduchý. Hŕstka rovníc ma fascinovala – napríklad Maxwellove rovnice. Je to rovnica dlhá približne jeden centimeter, ktorá umožňuje zhrnúť všetko, čo vieme o svetle. Podobne Einstein vyriešil gravitáciu rovnicou dlhou asi centimeter a pol. Povedal som si, že by som chcel vyvinúť teóriu s rovnicou dlhou maximálne jeden centimeter, ktorá by zahŕňala elektromagnetickú silu, svetlo, jadrovú silu a gravitačnú silu. Hlavným kandidátom je teória strún, hoci ešte nie sme úplne presvedčení o jej správnosti.

Ako vyvrcholenie mojej práce som zaznamenal rovnicu dlhú jeden centimeter, ktorá zhŕňa celú teóriu strún. Volá sa teória poľa strún a je to moja rovnica. Zatiaľ ju nemôžeme dokázať, pretože by to vyžadovalo atómový merací prístroj miliónkrát výkonnejší, než aký som mal vo svojej garáži. Napriek tomu veríme, že raz budeme môcť dokázať, že teória strún je možno teóriou vesmíru.

Kritika a perspektívy

Ak je teória správna, znamená to, že hudba je paradigmou, ktorá unikala Einsteinovi. Všetky častice sú v podstate hudobné tóny na jemne vibrujúcom vlákne. Každá vibrácia zodpovedá určitej častici, preto máme toľko rôznych druhov častíc.

Čo je teda fyzika? Fyzika sú harmónie a vibrujúce struny. Chémia sú melódie vytvorené interakciou týchto strún. Vesmír je symfóniou strún – grandióznym hudobným dielom, kde hmota a sily sú len tónmi hrajúcimi na neuveriteľne malých strunách. Teória strún vníma častice nie ako body, ale ako jednorozmerné línie podobné strunam huslí. Každá vibrácia struny vytvára iný hudobný tón a tým aj rôzne частice. Tieto struny pritom vibrujú vo viacerých dimenziách presahujúcich trojrozmerný priestor, ktorý vnímame.

Kritici však namietajú, že teória strún je skôr matematickým umením než pozorovateľnou vedou. Podľa nich jej chýbajú empirické dôkazy a je len sofistikovanou ilúziou. Napriek tomu ostáva fascinujúcou myšlienkou, ktorá stimuluje našu predstavivosť a ponúka nový pohľad na podstatu vesmíru. Je teória strún konečnou pravdou, hudobným majstrovským dielom utkaným do reality, alebo len lákavou melódiou bez substancie? Odpoveď stále čaká na svoje odhalenie.

Vývoj a vplyv teórie strún

Videl som veľa teórií prichádzať a odchádzať. Keď som začal pracovať na teórii strún v roku 1968, práve sa narodila a bola čiernou ovcou fyziky, spochybňujúcou všetko, čo sme dovtedy vedeli o časticách. Hovoril som o strunách vibrujúcich v 10-rozmernom hyperpriestore, čo znelo ako sci-fi. Hovoríme o hyperpriestore, červích dierach, iných dimenziách – veciach pripomínajúcich vedeckú fikciu. No teória strún o tom naozaj hovorí. V skutočnosti sme sa dostali až na 11 dimenzií.

Väčšina ľudí si myslí, že vesmír je trojrozmerný – máte dĺžku, šírku a výšku, tri čísla definujú vašu polohu. Einstein prišiel s myšlienkou štvrtej dimenzie – času. Pri danej dĺžke, šírke, výške a čase máte udalosť v štvordimenzionálnom priestorovo-časovom kontinuu. Dnes si uvedomujeme, že Einstein nešiel dostatočne ďaleko. Podľa našich predstáv existuje až 11 dimenzií – to je vesmír veľkého tresku. Veľký tresk bol porucha v 11-rozmernom hyperpriestore a my sme len štvordimenzionálne vibrácie oddelené od pôvodnej explózie.

Keď bola táto myšlienka v roku 1968 navrhnutá, ľudia ju považovali za šialenstvo. Žijeme vo svete štyroch dimenzií a fyzikov hovoriaci o strunách, hudbe, hyperpriestore a červích dierach považovali za bláznov. Teória strún bola vtedy úplne vylúčená. Nemohli sme získať prácu, moji priatelia opúšťali fyziku. Uvedomil som si, že taká je veda. Boli sme tvrdo kritizovaní, pretože ľudia hovorili, že je to nezmysel. Dnes dominujeme na mnohých fyzikálnych pracoviskách. Keď počujem kritiku teórie strún, hovorím: „Ak nemôžete zvládnuť teplo, vyjdite z kuchyne.“ Tak funguje fyzika na najvyššej úrovni.

Úspechy a výzvy

Teória strún, hoci záhadná, nebola bez víťazstiev. Je viac než len teoretická zvedavosť – osvetľuje najhlbšie tajomstvá vesmíru. Inšpirovala nové matematické techniky a ponúkla pohľad na fyziku čiernych dier. Jej matematika pomohla rozvoju fyziky kondenzovaných látok a jadrovej fyziky. No nie je bez problémov. Kritici spochybňujú nedostatok empirických dôkazov, jej zložitosť a odtrhnutosť od pozorovateľného vesmíru. Svet strún zostáva nedokončeným skladaním – melódiou plnou nádeje a neistoty. Zostáva len otázka: Je teória strún konečná harmónia vesmíru, melódia čakajúca na rozlúštenie, alebo komplexná fuga vedúca do nekonečnej zložitosti? Čo ak odpoveď leží v ďalšej dimenzii, tesne za naším dosahom?