Brian Greene, který se narodil 9. února 1963, je americký fyzik, teoretik strun a úspěšný popularizátor vědy. Je také autorem knih Elegantní vesmír a Struktura vesmíru, které do češtiny přeložil Luboš Motl resp. Oldřich Klimánek. Co to vlastně je ta teorie superstrun, co vysvětluje a v čem je naopak velmi kontroverzní?

Nejdříve ale zpět k našemu oslavenci. Dnes již čtyřiapadesátiletý Brian Greene se po studiích na Harvardově a Oxfordské univerzitě, kde získal Rhodensovo stipendium pro třicet nejlepších studentů, stal členem profesorského sboru Corneillovy univerzity.

Od roku 1996 působí jako profesor matematiky a fyziky na Columbijské univerzitě v New Yorku. Je velmi známým a úspěšným popularizátorem vědy. Za knihu Elegantní vesmír, přeloženou do mnoha jazyků, obdržel cenu společnosti Aventis, udělenou Královskou společností v roce 2000. Jeho hlavním předmětem zájmu je teorie superstrun.

A co to vlastně je ta teorie superstrun?

Teorie superstrun 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 teorie se domnívají, že 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.

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.

MOHLO BY VÁS ZAJÍMAT:   Hurikán Maria v Karibiku

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 čtyřrozměrného 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.

Brian Greene to na bitevním poli teoretické fyziky nebude mít nikdy jednoduché. Nové myšlenky se prosazují velice obtížně. Zda je teorie strun reálná či nereálná neumím posoudit, ale uvědomuji si, že Einsteinovi zpočátku také velká část vědecké obce nevěřila – a dnes je všechno jinak. Uvidíme časem. Všechno nejlepší pane profesore!

Zdroj: cs.wikipedia.org, foto: physics-astronomy.com, video: TED