2013-06-20
Kategoria: Wszechświat

Brian Greene – Wszechświat jest bajecznie piękny

Brian-Greene-1Przez ostatnie trzydzieści lat życia Albert Einstein wytrwale poszukiwał tak zwanej zunifikowanej teorii pola, teorii, która opisałaby siły natury w obejmującym wszystko, spójnym systemie. Einsteinem nie kierowały motywy, które zwykle wiążemy z przedsięwzięciami naukowymi, takimi jak chęć wyjaśnienia konkretnych wyników badań. Powodowało nim raczej mocne przeświadczenie, że zgłębienie tajemnic Wszechświata odsłoni to, co w nim najcudowniejsze: prostotę i siłę zasad, które nim rządzą. Chciał wyjaśnić naturę Wszechświata w sposób tak jasny, jak nigdy dotąd, abyśmy wszyscy mogli podziwiać jego absolutne piękno i elegancję.

Einsteinowi nigdy nie udało się zrealizować tego marzenia, głównie za sprawą obiektywnych trudności. W owych czasach nie znano jeszcze pewnych zasadniczych właściwości materii i sił natury lub – w najlepszym razie – niezbyt dobrze je rozumiano. Jednakże w ciągu ostatniego półwiecza kolejne pokolenia fizyków – raz szybciej, raz wolniej, a czasem zapędzając się w ślepą uliczkę – dzięki odkryciom swoich poprzedników coraz lepiej rozumiały, jak funkcjonuje Wszechświat. Obecnie, długo po tym, jak Einstein podjął bezskuteczną próbę sformułowania zunifikowanej teorii Wszechświata, fizycy nabierają pewności, że w końcu odkryli wspólne podstawy rozmaitych fragmentów wiedzy – teorię, która daje możliwość opisania w zasadzie wszystkich zjawisk fizycznych. Jest to teoria superstrun.

Związane struną

Nazywanie tego tuszowaniem faktów byłoby przesadą. Niemniej w ciągu ponad pół wieku – nawet w czasach największych osiągnięć naukowych – fizycy w głębi duszy zdawali sobie sprawę z obecności ciemnej chmury, przyczajonej na odległym horyzoncie. Otóż współczesna fizyka wspiera się na dwóch filarach. Jednym z nich jest ogólna teoria względności Alberta Einsteina, która dostarcza teoretycznych ram niezbędnych do zrozumienia Wszechświata w największej skali: gwiazd, galaktyk, gromad galaktyk i dalej, aż do olbrzymich przestrzeni całego kosmosu. Drugi to mechanika kwantowa, pozwalająca zrozumieć Wszechświat w najmniejszej skali: cząsteczek i atomów, a nawet cząstek subatomowych, takich jak elektrony i kwarki. W ciągu wielu lat badań fizycy potwierdzili doświadczalnie z niewiarygodną dokładnością prawie wszystkie przewidywania każdej z tych teorii. Jednakże zastosowanie do obu z nich tych samych narzędzi badawczych w nieunikniony sposób prowadzi do niepokojącego wniosku: w swej obecnej postaci ogólna teoria względności i mechanika kwantowa nie mogą być jednocześnie prawdziwe. Teorii leżących u podstaw olbrzymiego postępu fizyki w ciągu ostatnich stu lat – postępu, który pozwolił wyjaśnić rozszerzanie się Wszechświata i poznać strukturę materii – nie da się ze sobą pogodzić.

Jeśli wcześniej nie słyszałeś o istnieniu tego ostrego antagonizmu, pewnie się zastanawiasz, dlaczego tak się stało. O odpowiedź nietrudno. W większości wypadków fizycy badają ciała, które są albo małe i lekkie (jak atomy oraz ich składniki), albo duże i masywne (jak gwiazdy i galaktyki). Oznacza to, że naukowcom potrzebna jest jedna teoria, tylko mechanika kwantowa albo tylko ogólna teoria względności, a drugą się nie interesują. Takie podejście, graniczące z błogą nieświadomością, istniało przez ponad pięćdziesiąt lat.

We Wszechświecie zdarzają się jednak sytuacje ekstremalne. W środku czarnej dziury olbrzymia masa zostaje zgnieciona do maleńkich rozmiarów. Cały Wszechświat wyłania się w chwili Wielkiego Wybuchu z mikroskopijnej drobiny, przy której ziarnko piasku to olbrzym. Istnieją więc obiekty małe i jednocześnie niewiarygodnie masywne, wymagające, aby mechanika kwantowa i ogólna teoria względności zjednoczyły wysiłki. Tymczasem połączenie równań ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej sprawia, że zaczynają się one trząść, terkotać i buchać parą jak samochód, w którym zanadto dusimy pedał gazu. Mówiąc mniej obrazowo, wskutek nieudanego połączenia tych teorii na dobrze postawione pytania otrzymuje się bezsensowne odpowiedzi. Nawet jeśli się godzimy, by procesy zachodzące we wnętrzu czarnej dziury i te, które legły u podstaw Wszechświata, pozostały otoczone tajemnicą, trudno nie zauważyć, że wrogość mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności wobec siebie domaga się głębszego wyjaśnienia. Czy jest rzeczywiście możliwe, aby fundamenty Wszechświata były niejednolite i by wymagał on stosowania jednego zbioru praw do dużych obiektów, a innego, niezgodnego z tym pierwszym, do małych ciał?

Teoria superstrun, nowinka w porównaniu z dostojną mechaniką kwantową i ogólną teorią względności, zdecydowanie się temu przeciwstawia. Intensywne badania prowadzone w ciągu ostatnich dziesięciu lat przez fizyków i matematyków z całego świata dowiodły, że to nowe podejście do opisu najbardziej podstawowego poziomu materii likwiduje napięcie między ogólną teorią względności a mechaniką kwantową. W rzeczywistości teoria superstrun pokazuje jeszcze więcej: w ramach tego nowego systemu ogólna teoria względności i mechanika kwantowa wzajemnie się uzupełniają. W teorii superstrun związek praw rządzących tym, co duże, i tym, co małe jest nie tylko udany, ale i nieunikniony.

To nie wszystkie dobre wieści. Otóż teoria superstrun – w skrócie: teoria strun – odsłania nowy poziom tego związku. Przez trzy dziesięciolecia Einstein poszukiwał zunifikowanej teorii fizycznej, która splotłaby wszystkie siły natury i jej materialne składniki w jeden teoretyczny kobierzec. Bezskutecznie. Obecnie, na progu nowego tysiąclecia, zwolennicy teorii strun twierdzą, że udało się nareszcie wydzielić nitki tej nieuchwytnej, jednolitej tkaniny. Teoria strun daje możliwość pokazania, że wszystkie cudowne zdarzenia we Wszechświecie – od szalonego tańca subatomowych kwarków do statecznego walca krążących wokół siebie gwiazd podwójnych, od pierwotnej kuli ognistej Wielkiego Wybuchu do majestatycznych obrotów galaktyk – są odbiciem jednej zasady fizycznej, jednego, najważniejszego równania.

Teoria strun wymaga, abyśmy gruntownie zmienili nasze poglądy na przestrzeń, czas i materię. Nie od razu się do owych zmian przyzwyczaimy. Ale gdy zobaczymy teorię strun we właściwym świetle, stanie się jasne, że choć zaistniała nagle, jest naturalną konsekwencją rewolucyjnych odkryć dokonanych przez fizyków w ciągu ostatnich stu lat. Przekonamy się, że konflikt między ogólną teorią względności a mechaniką kwantową to w rzeczywistości ostatnia z trzech ważnych sprzeczności dotyczących nauki, które pojawiły się w ubiegłym stuleciu, a ich rozwiązanie przyniosło zaskakujące zmiany w naszym obrazie Wszechświata.

Horsehead-Orion

Słynna mgławica Koński Łeb (znana także jako Barnard 33) jest zbudowana z ciemnego, gęstego pyłu. Znajduje się w konstelacji Oriona ok. 1500 lat świetlnych od Ziemi i ma średnicę 3,5 roku świetlnego (ponad 3,5 tysiąca razy więcej niż nasz Układ Słoneczny). Po lewej – gwiazda Alnitak, wschodnia gwiazda Pasa Oriona; pod nią – mgławica Płomień (NGC 2024). Czerwono-pomarańczowy blask tła pochodzi od gazu wodorowego.

O Autorze

 > John Lennon „Imagine”: Imagine there’s no Countries... Imagine no Possession... Nothing to Kill or Die For... And no Religion too... No Need for Greed or Hunger... A Brotherhood of Man... (Niestety, John, dziś żyjemy w innym świecie. Twoje idee, lepsze czy gorsze, zostały wypaczone). Mahatma Gandhi: Na początku cię ignorują. Potem śmieją się z ciebie. Następnie z tobą walczą. W końcu wygrywasz • Siedem grzechów społecznych: polityka bez zasad, bogactwo bez pracy, przyjemność bez sumienia, wiedza bez osobowości, wiara bez poświęcenia, nauka bez człowieczeństwa oraz handel bez moralności • Religie to różne drogi prowadzące do tego samego celu. Jakaż to jest różnica, którą z nich wybierzemy? Jaki cel więc mają te kłótnie między nami? • Słabi nigdy nie potrafią przebaczać. Przebaczenie jest cnotą silnych • Jakże wielkiej daniny grzechu i błędów wymaga od człowieka bogactwo i władza • Nie znam większego grzechu niż uciskanie słabszych w imieniu Boga • Jest wiele powodów, dla których mogę być przygotowany na śmierć, ale nie ma żadnego, dla którego gotów byłbym zabić. Albert Einstein: Nie ma rzeczywistości samej w sobie, są tylko obrazy widziane z różnych perspektyw • Gdy miałem dwadzieścia lat, myślałem tylko o kochaniu. Lecz później kochałem już tylko myśleć • Tylko dwie rzeczy są nieskończone: wszechświat i ludzka głupota. Co do tej pierwszej istnieją jednak pewne wątpliwości • Nauka bez religii jest kaleka, religia bez nauki jest ślepa • Jestem bardzo głęboko religijnym niewierzącym • Gospodarcza anarchia społeczeństwa kapitalistycznego w jego dzisiejszej formie jest, moim zdaniem, prawdziwym źródłem zła • Wszyscy wokół wiedzą, że czegoś nie da się zrobić. I wtedy pojawia taki, który o tym nie wie, i on właśnie to coś robi • Nie wiem, jaka broń będzie użyta w trzeciej wojnie światowej, ale czwarta będzie na maczugi.


komentarze 2
  1. PIO napisał(a):

    „Oddziaływania silne i słabe znamy nie tak dobrze, ponieważ ich natężenie szybko maleje wraz ze zwiększaniem się odległości” – NO, PROSZĘ…

    Oddziaływanie silne ma także zaskakującą właściwość: jego siła rośnie wraz ze wzrostem odległości między kwarkami (mówi się o tzw. asymptotycznej swobodzie). Ten efekt uniemożliwia obserwację niezwiązanych kwarków. Gdy rośnie odległość między dwoma kwarkami, rośnie też siła, a więc i energia oddziaływania. Jeśli odległość / energia stanie się wystarczająco duża, mogą powstać nowe kwarki. Początkowe dwa kwarki zostaną odseparowane, ale na miejscu partnera pojawi się nowy kwark lub antykwark. Jest to powód, dla którego kwarki można obserwować tylko w postaci związanej, nigdy osobno. Pozdrowienia dla autora tekstu i/lub tłumacza xD

SKOMENTUJ

Zaloguj się i napisz komentarz.

Ruch Lotniczy nad Ziemią 24H

Artykuły w Kategoriach:

Poznaj Chiny

Pogoda

Warszawa
2017-10-19, 22:09
Przeważnie pochmurno
13°C
Odczuwalna: 13°C
Ciśnienie: 1020 mb
Wilgotność: 81%
Wiatr: 1 m/s E
Prognoza: 2017-10-19
dzień
Przelotne zachmurzenie
18°C
noc
Przelotne chmury
9°C
 

Teleskop Hubble'a