V sobotu 2. listopadu proběhla mohutná oslava naší plnoletosti !!
Multimediaexpo.cz je již 18 let na českém internetu !!

Teorie superstrun

Z Multimediaexpo.cz

Teorie superstrun, resp. teorie strun, je jedna z nejznámějších a dosud v mnoha směrech neúplných tzv. teorií všeho. Velmi populárně řečeno, tato teorie předpokládá, že základními stavebními kameny přírody nejsou částice s nulovými rozměry, nýbrž jednorozměrné struny, které vibrují různými způsoby, odpovídajícími různým druhům částic. Veškeré interakce se redukují na spojování a rozpojování strun. Zastánci této dosud kontroverzní teorie se domnívají, že tato teorie elegantně a harmonicky sjednocuje teorie velkého a malého, tedy obecnou teorii relativity (OTR) a kvantovou mechaniku (KM), které jsou jinak do jisté míry neslučitelné. Podle teorie superstrun má vesmír - namísto nám dobře známých čtyř rozměrů - jedenáct rozměrů (jeden časový a deset prostorových). Dodatečné rozměry jsou ovšem svinuty do variety malé velikosti, v důsledku čehož unikají přímému pozorování. V současné době existuje pět konzistentních, ale vzájemně se lišících teorií superstrun. Tyto teorie jsou však pevně svázány dualitami, objevenými v tzv. druhé superstrunové revoluci v roce 1995. Pomocí těchto dualit sjednocuje tyto teorie tzv. M-teorie. M-teorie je formulována pro časoprostor o jedenácti dimenzích a zahrnuje i jedenáctidimenzionální supergravitaci. Mnoho vlastností M-teorie ale ještě čeká na vysvětlení.

Obsah

Co vysvětluje teorie superstrun

Experimentálně je známo, že elementární částice tzv. standardního modelu jsou uspořádány do 3 rodin, navzájem odlišných pouze hmotností. Standardní model nemá pro toto žádné jednoznačné a teoreticky podložené vysvětlení. V teorii strun byl vysloven předpoklad, že tři rodiny elementárních částic by mohly souviset se základní topologickou charakteristikou geometrických objektů, která se nazývá genus. Intuitivně jde o počet otvorů v geometrickém objektu, kterým jsou v teorii superstrun tzv. Calabiho-Yauovy variety. Superstrunová teorie by měla být teorií elementárních částic a mezi rozsáhlou množinou nikdy nepozorovaných částic je též nehmotná částice se spinem 2. Takovéto vlastnosti by měl mít graviton, což je nutný předpoklad každé teorie, která má být adeptem též na teorii gravitace. Superstrunná teorie docílila určitého pokroku v práci se singularitami a divergencemi, a umožňuje matematicky lépe popsat některé související teoretické představy, např. pro období krátce po velkém třesku, nebo entropii černé díry.

Co teorie superstrun neposkytuje

Teorie superstrun, přinejmenším ve své současné podobě, má jen značně neurčitou a nejasnou formální i obsahovou strukturu (postuláty, rovnice, interpretace). Neumožňuje vypočíst hmotnosti elementárních částic, ani hodnoty těch vazebních konstant a parametrů, které figurují již ve standardním modelu. Nepodává žádný jasný a jednoznačný předpis pro tzv. kompaktifikaci, tedy problém, jak přejít z prostoru o předpokládaném vysokém počtu dimenzí (např. 11 nebo 27) do běžného 4rozměrného časoprostoru. Příslušných produktů kompaktifikace, tzv. Calabiho-Yauových variet, existuje pak nespočetně mnoho a není známo, na základě jakého dodatečného principu mezi nimi fyzikálně vybrat a docílit konkrétnější předpovědi. Tím, že teorie superstrun připouští v podstatě téměř libovolně vysoký počet nikdy nepozorovaných elementárních částic, neposkytuje ani určení toho, kolik elementárních částic vlastně existuje. Teorie superstrun dnes neumožňuje prakticky žádné testovatelné netriviální předpovědi v oblasti experimentálně dostupné fyziky. Nezanedbatelná část fyziků proto na teorii superstrun v její současné podobě pohlíží skepticky, anebo mnohá její tvrzení přímo odmítá.

Přehled strunových teorií

Fyzikové v teorii strun byli zneklidněni existencí pěti různých strunových teorií. Během tzv. superstrunové revoluce se ukázalo, že tyto teorie jsou limitními případy jedné teorie, M-teorie, která předpokládá 10 prostorových a 1 časový rozměr.

Strunové teorie
Typ Prostorové rozměry
 Detaily
Bosonová 26 Pouze bosony, žádné fermiony, to znamená pouze síly, žádná hmota, s otevřenými i uzavřenými strunami; hlavní chyba teorie: částice s imaginární hmotností, nazvané tachyony.
I 10 Supersymetrie mezi silami a hmotou, s otevřenými i uzavřenými strunami, žádné tachyony, groupová symmetrie je SO(32)
IIA 10 Supersymetrie mezi silami a hmotou, pouze s uzavřenými strunami, žádné tachyony, nehmotné fermiony mají spin v obou směrech (nechirální)
IIB 10 Supersymetrie mezi silami a hmotou, pouze s uzavřenými strunami, žádné tachyony, nehmotné fermiony mají spin pouze v jednom směru (chirální)
HO 10 Supersymetrie mezi silami a hmotou, pouze s uzavřenými strunami, žádné tachyony, heterotická, význam strun pohybujících se vlevo a vpravo se liší, grupová symetrie je SO(32)
HE 10 Supersymetrie mezi silami a hmotou, pouze s uzavřenými strunami, žádné tachyony, heterotická, význam strun pohybujících se vlevo a vpravo se liší, grupová symetrie je E8×E8

Struny a blány

Kromě jednorozměrných strun předpokládá teorie také existenci vícerozměrných útvarů, p-blán. Konce otevřených strun se mohou pohybovat pouze po bláně.

Experimentální ověření

Zatím neexistuje, určitým pokrokem by mohlo být uvedení do provozu LHC. Fyzikové doufají, že by mohly být s jeho pomocí objeveny alespoň některé z mnoha supersymetrických částic, které teorie superstrun umožňuje. Protože však současné teorie superstrun připouštějí supersymetrických částic v podstatě neomezené množství, významnější verifikace teorie touto cestou je obtížná. Další možností pro dílčí verifikaci teorie by mohlo být přímé pozorování obří superstruny ve vesmíru. Přesněji řečeno, nějakého geometrického útvaru, který by bylo možné interpretovat jako Calabiho-Yauovu varietu v teorii strun. Takováto struna snad mohla vzniknout v raných fázích vesmíru a nyní by se mohla při pozorování jevit jako určitá gravitační čočka. Možnosti tohoto typu jsou ovšem dosud velmi nejasné a neprůkazné nejen na úrovni experimentu, ale i na úrovni interpretace, která je u teorie superstrun zatím málo rozpracovaná.

Odkazy

Literatura

Související články

Citováno z „http://ww.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Teorie_superstrun“