Myślę

Teoria strun i inne egzotyczne koncepcje świata


  • 2
Droga Mleczna (Fot. Flickr/davedehetre/Lic. CC by)

Droga Mleczna (Fot. Flickr/davedehetre/Lic. CC by)

Świat jaki jest, każdy widzi. Spójny, uporządkowany, przyjazny dla człowieka. Fizycy około stu lat temu opracowali nawet dwie wygodne i stosunkowo proste teorie, które dobrze opisują zdarzenia i modele rządzące światem. Natura ludzka nie pozwala jednak na tym poprzestać.

Poznanie leży w naturze człowieka

Nauka to samonapędzający się mechanizm. W stu procentach zgodna z ludzkim dążeniem do tego, aby mieć wciąż więcej i więcej. Przez długie lata światem rządziła mechanika Newtona i, o dziwo, jakoś działała. Powstawały nowe wynalazki, cywilizacja parła do przodu.

Jednak gdy nauka doprowadziła do powstania urządzeń umożliwiających obserwację obiektów w skali makro i mikro, okazało się, że mechanika newtonowska sprawdza się tylko w przypadku ludzkiej skali postrzegania świata. Ani obiekty olbrzymie (planety, galaktyki), ani bardzo małe (atomy czy cząstki subatomowe) nie dają się opisać prostymi równaniami pana Isaaka.

Wtedy też, a było to około stu lat temu, na arenę wkroczyły dwie ogromne teorie, które elegancko opisują te dwa skrajne światy. Mechanika kwantowa znakomicie sprawdza się w przypadku skali mikro – pokazuje przez ekran mikroskopu elektronowego oraz akceleratory świat rządzony zasadą nieoznaczoności.

Teleskopy natomiast bardzo dokładnie mierzą prędkości światła przybywającego z niebywale dalekich obiektów w kosmosie i ich obserwacje świetnie pokrywają się z wyliczeniami wynikającymi z ogólnej teorii względności.

Dla większości społeczeństwa te dwie teorie, które są praktycznie zupełnie potwierdzone badaniami i rzeczywiste, już są wystarczającą abstrakcją. Bo kto tak naprawdę rozumie zasadę nieoznaczoności? Przecież w „normalnym” świecie obserwacja kogoś poruszającego się nie zmienia jego właściwości.

Z drugiej strony konsekwencje teorii względności też wydają się absurdalne ze zdroworozsądkowego punktu widzenia. Podróżowanie w czasie, paradoks bliźniąt to czyste science fiction.

http://www.youtube.com/watch?v=bXrXTx94aFg

Czy dążenie do wiedzy wynika z niepewności?

Ludzkość zawieszona jest gdzieś pomiędzy tymi dwoma prawami świata. Nie do końca wiadomo, do jakiej granicy stosować teorię względności, a od której już mechanikę kwantową. Teoretycznie do opisu otaczającej nas codzienności w zupełności wystarcza mechanika Newtona.

Dlatego też środowiska naukowe, które w wystarczającym stopniu poznały obie teorie, postanowiły, że znajdą teorię łączącą obie wyżej opisane. Tyle że od postanowienia do realizacji droga jest daleka.

Teoria Wszystkiego

Ta hipotetyczna teoria, która pozwoliłaby opisywać każdy obiekt w każdej skali, miałaby łączyć założenia obu funkcjonujących obecnie. Dzięki niej ludzkość nie byłaby już zawieszona na granicy dwóch światów, ale byłaby w centrum jednej, eleganckiej teorii – Teorii Wszystkiego.

Z angielskiego Theory of Everything to hipotetycznie istniejąca jednolita zasada opisująca wszystkie możliwe zjawiska we wszechświecie. Hipotetyczna, ponieważ żadna z obecnie proponowanych nie została eksperymentalnie potwierdzona.

A wiadomo, że teoria musi iść w parze z doświadczeniem. Dlatego też fizyka nowoczesna to bardziej fizyka teoretyczna. Każdy szanujący się naukowiec poszukuje własnej teorii wszystkiego, zagłębiając się w obliczeniach. Do czego to doprowadziło?

Obecnie najbardziej zaawansowane prace prowadzi profesor Edward Witten. Opracował on M-teorię, która wydaje się najbliższa unifikacji dotychczasowych praw. Wymieniając jednym tchem – M-teoria zakłada istnienie superstrun, supercząstek, bran, czarnych bran, S-bran, a także NS5 bran.

Mówiąc wprost – wkraczamy na tereny egzotyki i absurdu. Przypuszczam, że 99% czytelników nie słyszało o żadnym z wyżej wymienionych pojęć. Napiszę więc w skrócie, o co chodzi. W bardzo dużym skrócie.

Świat, który widzimy i w którym żyjemy, ma cztery wymiary: trzy przestrzenne i jeden czasowy. Dlatego też zwykło się go nazywać czasoprzestrzenią. Aby jednak w egzotycznych teoriach zaczęły pojawiać się znaki równości, naukowcy zaczęli wprowadzać kolejne wymiary.

Multiwymiarowość jest w modzie

Można wręcz powiedzieć, że obecny trend (albo raczej moda) w fizyce teoretycznej to licytacja, kto ma więcej wymiarów w swojej teorii. I tak też sama M-teoria w podstawowej wersji do opisu świata wykorzystuje 11-wymiarową hiperprzestrzeń.

Inne odmiany M-teorii to np. 12-wymiarowa M-teoria czy 13-wymiarowa S-teoria. To wybrane przykłady, ponieważ to tylko wierzchołek góry lodowej o nazwie „M-teorie”.

M-teoria to jedna z mutacji teorii superstrun, która z kolei jest jedną z wielu odmian teorii strun. Przy czym według M-teorii teoria superstrun opisuje tylko część rzeczywistości, a z kolei teoria superstrun łączy teorię strun z supersymetrią. Supersymetria to hipotetyczna symetria przekształcająca bozony w fermiony. I tak dalej…

Samo pobieżne potraktowanie tematu pokazuje, że fizyka teoretyczna zdaje się pogrążać w chaosie. A przecież właśnie przedstawiłem absolutne podstawy, nawet bez tłumaczenia jakiejkolwiek teorii, właściwie jednej z hipotez koncepcji świata.

Tłumaczenie wszystkich zjawisk czy zmiennych (których nie da się policzyć) zwiniętymi n wymiarami (których tak naprawdę nie widać, choć to one są winne wszystkiemu) nie wnosi właściwie nic. Mam na myśli środowiska naukowe, bo o życiu przeciętnego Kowalskiego nawet nie wspominam.

Koncepcja samej struny, czyli tworu o wielkości 0,00000000000000000000000000000000000000001 m, z którego składają się wszystkie cząstki elementarne, jest zupełną abstrakcją. Ale inny nurt fizyki teoretycznej może lepiej przemówić do wyobraźni. A już na pewno da się go przedstawić w bardzo spektakularnych obrazach.

Wieloświaty też się bronią

To wszelkiego typu koncepcje światów (wszechświatów) równoległych, pączkujących i pasożytniczych. Zakładają one istnienie nie jednego wszechświata, ale wielu, bardzo wielu, w których istnieją inne stałe fizyczne, różne liczby wymiarów.

Ta grupa teorii też powstała z myślą o unifikacji dotychczasowych poglądów fizycznych. Niektóre z nich w naturalny sposób wynikają z teorii opisanych powyżej. Na przykład M-teoria zakłada, że „nasz” wszechświat oraz wszystkie inne wszechświaty powstały w wyniku kolizji membran w przestrzeni 11-wymiarowej.

Grupa naukowców z uniwersytetu Stanforda z Kalifornii pokusiła się nawet o obliczenie liczby wszechświatów powstałych w ten sposób: 10^10^10^7 (czyli 10 do potęgi 10 do potęgi 10 do potęgi 7). Ciekawostka – tej liczby nie da się zapisać w postaci dziesiętnej – w całym widzianym wszechświecie nie ma tylu atomów, żeby zebrać wystarczającą ilość tuszu.

Zbiór teorii o wieloświatach elegancko tłumaczy zjawiska i sprawy, których nie da się rozwiązać obecnie znanymi prawami, a i unifikacja na niewiele się zdaje. Po prostu jeśli czegoś nie da się „dopasować” do naszego wszechświata, to przecież zawsze znajdzie się na to miejsce w uniwersum bliźniaczym, pasożytniczym czy jeszcze innej matematycznej abstrakcji.

Doszedłem do sedna – wszystkie nowoczesne teorie fizyczne to właściwie nic innego jak matematyczne abstrakcje. Wiadomo, że cała fizyka to na dobrą sprawę próba matematycznego ujęcia zdarzeń ze świata nas otaczającego. Tylko że do pewnego momentu była ona zrozumiała dla przeciętnego człowieka z wykształceniem średnim czy wyższym.

Fizyka teoretyczna uprawiana obecnie to zdecydowanie wyższy poziom abstrakcji. Zrozumiała i dostępna właściwie tylko dla wąskiej grupy naukowców. Zastanawia mnie więc jedno: co się stanie, gdy faktycznie zostanie ustalone, że M-teoria prawidłowo opisuje świat, że zmysłami postrzegamy tylko cztery wymiary, a żyjemy tak naprawdę w dwudziestu?

Czy wtedy podręczniki do fizyki dla liceów zaczną przypominać skrypty dla doktorantów? Skoro M-teoria jest jedynym słusznym opisem świata, to nie można okłamywać młodzieży i uczyć jej fizyki newtonowskiej.

A jeśli sposób kształcenia jednak pozostanie bez zmian, bo ludzkie umysły nie będą tego w stanie pojąć, to czy tak naprawdę ma sens szukanie Teorii Wszystkiego?

[FM_form id="2"]
Myślę
Zrozumieć Davida Lyncha
Myślę
Podróże w czasie i przestrzeni. Czy fantastyka bliższa jest rzeczywistości?
Myślę
Do kogo należy Księżyc?
  • Trochę to śmieszne, najpierw opisujesz skomplikowane zagadnienia i teorie a na końcu martwisz sie o podręczniki i dzieci. Tak właśnie działają ludzie, na zasadzie ” ja mowie o niebie a on ciągle o chlebie”

    Z teoriami jest jak z natura, możną je tworzyć w nieskończoność, jedne bardziej umocowane w rzeczywistości inne mniej, ale przetrwają tylko te, które sie sprawdza. Wiec bym sie nie przejmował ich mnogością. Natura tez tworzy mnogość gatunków, ale przetrwają tylko te, które są najlepiej przystosowane.

  • raV

    Kilka sensownych argumentów na temat teorii strun i jej krytyki można znaleźć tutaj: http://bit.ly/UTaNrx