2013-06-20
Kategoria: Wszechświat

Brian Greene – Wszechświat jest bajecznie piękny

Brian-Green-6Teoria strun współcześnie

Głównym moim celem jest przedstawienie w ramach teorii strun obrazu Wszechświata, ze szczególnym uwzględnieniem przestrzeni i czasu. W przeciwieństwie do wielu innych wywodów na temat postępu nauki ten nie dotyczy teorii, którą już w pełni opracowano, potwierdzono doświadczalnie i zaakceptowano. Teoria strun to bowiem tak głęboka i skomplikowana struktura teoretyczna, iż nawet biorąc pod uwagę niezwykły postęp, jaki się dokonał w ciągu ostatnich dwudziestu lat, ciągle jeszcze pozostaje wiele do zrobienia, aby ją w pełni opanować.

Teorię strun trzeba więc traktować jako dzieło w trakcie tworzenia, które pozwoliło już na uzyskanie wglądu w zadziwiającą naturę przestrzeni, czasu i materii. Harmonijne powiązanie ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej to duży sukces. Co więcej, w przeciwieństwie do wszystkich wcześniejszych teorii teoria strun umożliwia znalezienie odpowiedzi na najważniejsze pytania dotyczące elementarnych składników i sił przyrody. Równie ważna, chociaż nieco trudniejsza do przekazania, jest niezwykła elegancja zarówno samych odpowiedzi proponowanych przez teorię strun, jak i formy, w jakiej się je przedstawia. Na przykład wiele aspektów przyrody, które wydają się nieistotnymi szczegółami – jak liczba różnych cząstek elementarnych i ich właściwości – według teorii strun wywodzi się z istotnych i łatwo uchwytnych cech geometrii Wszechświata. Jeśli teoria strun jest prawdziwa, na poziomie mikroskopowym struktura naszego Wszechświata to gęsty, wielowymiarowy labirynt, w którym struny bez końca skręcają się i wibrują, zgodnie z prawami kosmosu. Właściwości podstawowych cegiełek natury nie są przypadkowymi szczegółami, lecz tworzą osnowę przestrzeni i czasu.

W końcowej części analizy nic jednak nie zastąpi ostatecznych, dających się sprawdzić przewidywań, które pozwolą stwierdzić, czy teoria strun rzeczywiście odsłania tajemnicę dotyczącą fundamentalnych prawd Wszechświata. Pewnie upłynie jeszcze trochę czasu, zanim zyskamy wiedzę niezbędną do osiągnięcia tego celu, chociaż już w ciągu najbliższych dziesięciu lat sprawdziany doświadczalne powinny dostarczyć pośrednich dowodów przemawiających za prawdziwością teorii strun. Co więcej, teoria strun umożliwiła ostatnio rozwiązanie głównej zagadki dotyczącej czarnych dziur. Zagadka ta wiąże się z tak zwaną entropią Bekensteina-Hawkinga, a jej wyjaśnienia szukano przez ponad dwadzieścia pięć lat, używając konwencjonalnych metod. Sukces ten przekonał wielu, że w teorii strun tkwi klucz do zrozumienia funkcjonowania Wszechświata.

Struktura-MateriiEdward Witten, jeden z pionierów teorii strun i ekspert w tej dziedzinie, podsumowuje obecną sytuację stwierdzeniem, że „teoria strun to część fizyki XXI stulecia, przypadkowo odkryta w wieku XX”. Myśl tę jako pierwszy wyraził sławny fizyk włoski Daniele Amati. W pewnym sensie jest więc tak, jakby pod koniec XIX wieku naszym przodkom pokazano współczesny superkomputer, nie informując o sposobach używania go. Metodą prób i błędów doszliby prawdopodobnie do tego, jak wielka tkwi w nim moc, ale jej opanowanie i wykorzystanie wymagałoby wielkiego wysiłku i zabrałoby sporo czasu. Przewidywane możliwości superkomputera, podobnie jak nasze spostrzeżenia dotyczące potencjału tkwiącego w teorii strun, dostarczyłyby niezwykle silnej motywacji do uzyskania biegłości w posługiwaniu się nowym urządzeniem. Podobna motywacja zachęca dzisiaj fizyków teoretyków do podejmowania prób pełnego zrozumienia teorii strun.

Uwaga Wittena i komentarze innych specjalistów w tej dziedzinie wskazują, że prawdopodobnie upłyną dziesięciolecia, a nawet wieki, zanim uda się rozwinąć i w pełni zrozumieć teorię strun. Matematyka teorii strun jest tak skomplikowana, że na razie nikt nie zna dokładnie jej równań. Fizycy dysponują jedynie ich przybliżeniami, ale nawet w tej postaci są one tak skomplikowane, że do tej pory udało się je tylko częściowo rozwiązać. Niemniej inspirująca seria przełomów, które nastąpiły w drugiej połowie lat dziewięćdziesiątych – i pozwoliły odpowiedzieć na pytania o niewyobrażalnym dotąd stopniu złożoności – wskazuje, że pełne, ilościowe zrozumienie teorii strun jest w rzeczywistości dużo bliżej, niż nam się początkowo wydawało. Fizycy z całego świata opracowują skuteczne nowe techniki, zastępujące liczne przybliżone metody używane dotychczas, i wspólnie w niezwykłym tempie składają w jedną całość różne elementy łamigłówki, jaką jest teoria strun.

Zaskakujące wydaje się to, że owe odkrycia umożliwiają nową interpretację części podstawowych aspektów teorii, na które wskazywano już od pewnego czasu. Nasuwa się na przykład pytanie: dlaczego struny, a nie maleńkie dyski albo mikroskopijne bryłki w kształcie kropel, albo kombinacja wszystkich tych możliwości? Najnowsze badania wskazują, że owe inne rodzaje składników faktycznie odgrywają istotną rolę w teorii strun oraz że teoria strun jest w rzeczywistości częścią większej całości, zwanej obecnie tajemniczo M-teorią.

Postęp w nauce następuje skokowo. Niektóre okresy pełne są wielkich, przełomowych odkryć, w innych panuje zastój. Naukowcy ogłaszają rezultaty badań zarówno teoretycznych, jak i doświadczalnych. Wyniki te stają się przedmiotem dyskusji w środowisku naukowym, czasem się je odrzuca, czasem poprawia, a niekiedy stanowią inspirację do poszukiwania nowych, dokładniejszych sposobów rozumienia fizycznego Wszechświata. Innymi słowy, nauka posuwa się zygzakiem w kierunku – miejmy nadzieję – ostatecznej prawdy. Zmierza drogą, która się rozpoczęła wraz z najwcześniejszymi próbami zgłębienia kosmosu, a jej końca nie widać. Nie wiemy, czy teoria strun to pozbawiony znaczenia przystanek na owej drodze, punkt zwrotny czy cel. Ale ostatnie dwadzieścia lat badań prowadzonych przez setki oddanych sprawie fizyków i matematyków z wielu krajów pozwalają mieć nadzieję, iż idziemy we właściwą stronę i możliwe, że znajdujemy się prawie u celu.

Wiele mówiącym świadectwem bogatej i wszechobejmującej natury teorii strun jest to, że nawet obecny poziom jej zrozumienia umożliwił nam wejrzenie w zaskakujące mechanizmy funkcjonowania Wszechświata. To odkrycia, które oznaczają dalszy postęp w rewolucjonizowaniu naszego obrazu przestrzeni i czasu, zapoczątkowanym przez szczególną i ogólną teorię względności Einsteina. Jeśli teoria strun jest słuszna, struktura Wszechświata ma właściwości, które prawdopodobnie zaskoczyłyby nawet Einsteina.

Mystic-Mountain

Mystic Mountain (Tajemnicza Góra) to fragment centralnej części mgławicy Carina (NGC 3372). Jest to mgławica emisyjna w gwiazdozbiorze Kila. Została odkryta w 1751 r. Znajduje się w odległości około 7500 lat świetlnych od Ziemi w ramieniu Strzelca. Jej rozmiar to ponad 260 lat świetlnych. Jest jedną z największych i najjaśniejszych odkrytych mgławic.

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
2018-01-17, 06:05
Gwałtowne deszcze
1°C
Odczuwalna: -7°C
Ciśnienie: 99 mb
Wilgotność: 93%
Wiatr: 6 m/s WSW
Prognoza: 2018-01-17
dzień
Gwałtowne deszcze
2°C
noc
Przeważnie pochmurno
-2°C
 

Teleskop Hubble'a