Teória strún mala byť slepou uličkou fyziky. Nový matematický výskum však ukázal, prečo sa jej vedci stále nevedia zbaviť
Teória strún roky čelila kritike, že nemá dôkaz z reálneho sveta. Nový matematický prístup však ukazuje, prečo sa k nej fyzici opäť vracajú.
Teória strún patrila celé desaťročia medzi najambicióznejšie myšlienky modernej fyziky. Mnohí vedci od nej očakávali odpoveď na otázku, ktorá trápi fyzikov už vyše storočia, ako spojiť kvantovú mechaniku s gravitáciou do jednej ucelenej teórie.
Časom však nadšenie výrazne ochladlo. Teória síce vytvorila obrovské množstvo matematických modelov, no nepriniesla dôkaz, ktorý by ju potvrdil v reálnom svete. Dnes ju preto mnohí kritici označujú za slepú uličku. Napriek tomu sa teraz objavil nový dôvod, prečo sa o nej opäť diskutuje.
Skupina fyzikov totiž dospela k zaujímavému výsledku, informuje portál Science. Namiesto toho, aby začala samotnou teóriou strún, vyšla od niekoľkých základných pravidiel, ktoré podľa súčasných poznatkov platia v našom vesmíre. Výsledok ich prekvapil, pretože rovnice ich opäť priviedli k teórii strún.
Neznamená to, že teória automaticky získala potvrdenie. Výskum však naznačil, že pri určitých predpokladoch sa objaví takmer nevyhnutne.
Teória strún ako cesta k teórii všetkého
Korene teórie strún siahajú do 60. rokov minulého storočia. Fyzici vtedy hľadali spôsob, ako vysvetliť správanie elementárnych častíc. Neskôr si uvedomili, že matematické rovnice fungujú oveľa lepšie, ak častice nepredstavujú bodové objekty, ale extrémne malé vibrujúce struny.
Neprehliadni
Podľa tejto predstavy každá častica vznikne ako určitý spôsob kmitania struny. Podobne ako gitara vytvorí rôzne tóny podľa vibrácií struny, aj vesmír by podľa teórie strún vytvoril elektróny, kvarky či fotóny pomocou rozdielnych vibračných stavov.Práve tu sa objavil obrovský potenciál. Teória totiž elegantne vyriešila niekoľko matematických problémov, ktoré trápili iné pokusy o spojenie gravitácie a kvantovej fyziky.
Mnohí vedci preto dúfali, že našli dlho hľadanú „teóriu všetkého“.
Výskum sprevádzali aj komplikácie
Nadšenie však postupne vystriedali pochybnosti. Aby teória fungovala, vyžadovala minimálne desať rozmerov. Štyri z nich poznáš, tri priestorové a čas. Zvyšných šesť by sa muselo skrývať v extrémne malých mierkach, ktoré zatiaľ nikto nepozoroval. Situáciu ešte viac skomplikovalo obrovské množstvo možných riešení. Teória totiž neponúkla jeden vesmír, ale prakticky nekonečné množstvo rôznych variantov.
Najväčší problém však prišiel z iného smeru. Struny sú podľa výpočtov také malé, že ich dnešné technológie nedokážu priamo pozorovať. Vedci preto nedokázali pripraviť experiment, ktorý by teóriu jednoznačne potvrdil alebo vyvrátil. Matematik Peter Woit patrí medzi jej najhlasnejších kritikov. Podľa neho fyzika zašla príliš ďaleko od experimentálnej reality.
„Nie je to veda. Celá situácia okolo teórie strún pôsobí až absurdne,“ zhodnotil.
Nová práca fyzika Clifforda Cheunga z Kalifornského technologického inštitútu však zvolila odlišný prístup. Namiesto komplikovaných modelov začal tím s jednoduchými predpokladmi. Medzi nimi figurovalo napríklad pravidlo, že všetky možné výsledky fyzikálneho deja musia spolu dávať 100-percentnú pravdepodobnosť. Vedci zároveň vychádzali z princípu, podľa ktorého fyzikálne zákony platia rovnako pre pozorovateľov pohybujúcich sa rôznymi rýchlosťami.
K týmto základným pravidlám pridali ďalšie matematické obmedzenia. Následne skúmali, aké teórie dokážu všetky podmienky splniť naraz. Výsledok ich priviedol späť k teórii strún.
Cheung pritom nepatrí medzi klasických zástancov tejto teórie. Práve naopak, otvorene priznal, že pôvodné sľuby zostali nenaplnené.
„Vznikla veľká priepasť medzi sľubmi a výsledkami. Teória zatiaľ nevysvetlila svet, v ktorom žijeme, hoci práve to predstavovalo jej hlavný cieľ,“ povedal.
Teória strún sa môže vrátiť, to ale neznamená, že je potvrdená
Samotní autori zdôraznili, že ich výskum nepotvrdil správnosť teórie strún. Skôr ukázal, aké druhy teórií môžu existovať pri určitých matematických pravidlách. Práve tento prístup sa v posledných rokoch dostal opäť do popredia. Fyzici ho označujú ako „bootstrap“. Namiesto vytvárania komplikovaných modelov sa snažia vychádzať z malého počtu všeobecných princípov a zisťovať, aké teórie z nich prirodzene vzniknú.
Niektorí vedci vidia v tejto stratégii cestu k novým objavom. Ak sa podarí prepojiť javy pri nízkych a vysokých energiách, fyzici by mohli získať testovateľné predpovede aj bez priameho pozorovania strún. Iní zostávajú skeptickí. Upozorňujú, že fyzika potrebuje pevnejšie spojenie s experimentmi a reálnymi meraniami.
V jednom sa však väčšina odborníkov zhodla. Oblasť kvantovej gravitácie potrebuje viac alternatívnych nápadov, nie menej. Teória strún tak už dnes nemusí predstavovať vytúženú „teóriu všetkého“. Stále však ponúka nástroje a matematické postupy, ktoré môžu pomôcť pri hľadaní nových ciest k pochopeniu fungovania vesmíru.
