Kiedy matematyka sama prowadzi do stringów
Fizycy od lat próbują pogodzić dwie wielkie teorie. Jedna opisuje świat na wielką skalę – grawitację i kształt przestrzeni. Druga świetnie radzi sobie z cząstkami i ich dziwnymi zachowaniami. Razem jednak nie chcą współpracować.
Brakuje im jeszcze jednej cząstki
Wszystkie znane siły mają swoje nośniki. Fotony przenoszą oddziaływanie elektromagnetyczne. Podobnie działają gluony w jądrze atomowym. A grawitacja? Do dziś nie znaleziono cząstki, która by ją przenosiła. Teoretycy nazywają ją grawitonem, ale na razie jest tylko pomysłem.
Bez tej cząstki nie da się zbudować jednej spójnej teorii opisującej wszystko. I właśnie to od lat gryzie fizyków.
String theory wraca z bocznego toru
W latach sześćdziesiątych pojawił się szalony pomysł: a co, jeśli cząstki to nie punkty, tylko malutkie drgające struny? Różne sposoby drgania miałyby dawać różne cząstki – w tym grawiton. To by rozwiązało wiele problemów.
Problem w tym, że teoria wymagała dziesięciu wymiarów. I nie dawała żadnych prostych do sprawdzenia przewidziń. W latach dziewięćdziesiątych struny były na topie, but w następnej dekadzie większość fizyków straciła nimi zainteresowanie.
Zamiast zakładać struny – zaczęli od zera
Team z Caltech, kierowany przez Clifforda Cheunga, poszedł inną drogą. Nie zakładał istnienia strun. Zamiast tego wziął cztery podstawowe zasady, które powinny rządzić światem:
- Unitarity – zasady kwantowe muszą dawać sensowne prawdopodobieństwa.
- Lorentzowska niezmienność – prawa fizyki są takie same w całym Wszechświecie.
- Dobre zachowanie w wysokich energiach – fizyka ma się nie rozłamywać w ekstremalnych warunkach.
- Minimalna liczba zerowań – wybiera się prostszą formę opisów matematycznych.
Gdy zastosowali te reguły do obliczeń, otrzymali dokładnie te wzory, które wcześniej pojawiały się tylko w string theory. Wzory Veneziano i Virasoro-Shapiro po prostu „wyszły” z założeń.
Nie dowód, ale silny trop
To nie jest eksperymentalny dowód. Nie znaleziono strun. Nie da się ich jeszcze badać – są o wiele za małe. Ale te obliczenia pokazują, że string theory może być naturalnym wynikiem podstawowych zasad fizyki.
Wyniki sugerenują, że teoria strun nie jest tylko wymysłem. Może po prostu wynika z tego, jak działa rzeczywistość. Fizycy nie narzucili jej na siłę – raczej odkryli, że podążając za matematyką, weszła na drogę, która już prowadzi do strun.
Po co nam ta historia
Badanie nie rozwiązuje problemu „teorii wszystkiego”. Ale pokazuje, że warto na nią patrzeć z tej strony. Czasami złożone pomysły nie są sztuczne – po prostu pojawiają się, gdy zadaje się poprawne pytania i stosuje proste reguły.