Amikor a matek magától hozza a nagy elméletet
A fizikában van egy régi, makacs probléma. Két elméletünk van, ami egymaga tökéletesen működik, de együtt már nem. Az egyik Einstein általános relativitáselmélete, ami a nagy léptékű gravitációról szól. A másik a kvantummechanika, ami a legkisebb részecskék viselkedését írja le. Amikor a kettőt össze akarjuk hozni, rögtön összeakadnak.
A hiányzó darab: létezik-e gravitációs részecske?
A többi kölcsönhatásnak van egy apró „hordozója”. Az elektromágneses erőnek például a foton. A gravitációnak viszont nincs ismert részecskéje. Elméletben létezhet egy úgynevezett graviton, de ezt még senki sem észlelte. Ennek hiányában nehéz teljes elméletet építeni, ami minden léptéket lefed.
A húrelmélet, ami túlélte a divatot
A hatvanas évek végén egy merész ötlet született. Mi van, ha minden részecske és minden erő valójában apró, rezgő húrokból áll? A rezgés mintázata határozná meg, hogy éppen milyen részecskét kapunk. Ez a kép szépen megoldaná a gravitáció problémáját is.
Csakhogy az elképzelésnek ára van. Tíz dimenziót követel, miközben mi csak négyet látunk. Ráadásul sokáig nem hozott olyan mérhető jóslatot, amit kísérlettel ellenőrizni lehetett volna. A kilencvenes évek csúcsidőszaka után a téma veszített a lendületéből.
Egy új megközelítés Caltechről
Egy Clifford Cheung vezette kutatócsoport most másfelől indult. Nem a húrelméletet próbálta igazolni, hanem négy egyszerű feltételt állított fel:
- Az egységesség – a kvantumvalószínűségeknek össze kell adódniuk.
- A Lorentz-invariancia – a fizika törvényei legyenek függetlenek a helytől.
- A magas energiákon is jól viselkedő viselkedés.
- A lehető legkevesebb felesleges elem a képletekben.
Ezekből a szabályokból indultak ki, és kiszámolták, milyen kölcsönhatások felelnek meg nekik. Az eredmény meglepő volt. A matematika magától hozta azokat az egyenleteket, amelyeket a húrelmélet évtizedekkel ezelőtt már megadott.
Mit jelent ez valójában?
Ez nem kísérleti bizonyíték. Nem találtak húrokat, nem mértek új részecskét. Az elmélet még mindig túl apró léptékeken mozog ahhoz, hogy közvetlenül tesztelhető legyen. De a dolog elméleti szempontból érdekes. Azt mutatja, hogy a húrelmélet nem csak egy kitalált ötlet – talán természetes következménye néhány alapvető szabálynak.
Miért számít ez nekünk?
A kutatók továbbra is keresik azt az egy elméletet, ami mindent leír. Ez a munka nem oldja meg a kérdést, de megerősíti, hogy érdemes ezen az úton haladni. Néha a matek magától visz a helyes irányba.