Jedním z hlavních kandidátů na teorii všeho je strunová teorie nebo její obecnější verze, M-teorie. Je to však jedna predikce, kterou sotva dokážeme ověřit - skryté, zhutněné rozměry.
Teorie strun se snaží nejen kombinovat kvantovou mechaniku s obecnou relativitou, ale také vysvětlit spektrum částic a sil pozorovaných v přírodě. V poslední formulaci teorie - maticové teorie - existuje 11 dimenzí. Jeho zastánci čelí jednomu z největších problémů strunových teorií - přesně vysvětlují, jak jsou extra dimenze „zhutňovány“, což znemožňuje jejich pozorování v našem čtyřrozměrném světě. Zhutňování také objasňuje nejzajímavější vlastnosti teorie.
Teorie strun říká, že svět je tvořen neuvěřitelně malými vibrujícími řetězci v desetimenzionálním časoprostoru. V roce 1995, během druhé revoluce superstrun, navrhl Edward Witten teorii M, která kombinovala všech pět různých typů teorie strun. Toto je 11-dimenzionální teorie, která zahrnuje supergravitaci. Neexistuje jediná odpověď mezi vědci, co znamená „M“ve jménu, ale mnoho teoretiků souhlasí s tím, že tento dopis znamená „membrány“, protože teorie obsahuje vibrační povrchy několika různých dimenzí. M-teorie postrádá přesné pohybové rovnice, ale v roce 1996 Tom Banks z Rutgers University a její kolegové navrhli její popis jako „maticovou teorii“, jejíž hlavní proměnné jsou matice.
Komplikace této 11-dimenzionální teorie na čtyři změny nebylo v žádném případě snadné. Zhutnit doslovně znamená „srolovat“další dimenze teorie na velmi malé rozměry. Například, chcete-li složit dva rozměry, vezměte koblihu - nebo torus (je to dvourozměrný povrch) - a stiskněte ji do kruhu nebo smyčky s malým průřezem a potom tuto smyčku vymáčkněte do bodu. Bez dostatečně citlivé sondy, která by mohla zaznamenat „vytlačená“měření, vypadá tato smyčka jednorozměrně, zatímco bod je nulový. V M-teorii se předpokládá, že hovoříme o velikostech řádově 10-33 centimetrů, které zase nelze v žádném případě zaregistrovat u moderního vybavení. Ukazuje se, že po zhutnění sedmi dimenzí vypadá svět kolem nás čtyřdimenzionálně.
Edward Witten / Quanta Magazine / Jean Sweep.
Jaký je však rozměr sám o sobě? Intuitivně se může zdát, že každá dimenze je nezávislým směrem, kterým se můžeme my (nebo jakýkoli objekt) pohybovat. Ukazuje se tedy, že žijeme ve třech prostorových dimenzích - „dopředu-dozadu“, „vlevo-vpravo“a „nahoru-dolů“- a jednou - „minulost budoucnosti“. Obecně se jedná o čtyři dimenze. Ale naše vnímání dimenzí je pevně vázáno na měřítko.
Představte si, že sledujete loď plující z dálky do přístavu. Nejprve to vypadá jako nulový bod na obzoru. Po chvíli si uvědomíte, že má stožár směřující k obloze: nyní to vypadá jako jednorozměrná čára. Pak si všimnete jeho plachet - a objekt vypadá již dvourozměrně. Když se loď přiblíží k doku, konečně si všimnete, že má dlouhou palubu - třetí rozměr.
V tom není nic zvláštního, ani skutečnost, že kobliha, zmenšená na neuvěřitelnou velikost, se zdá být bodem s nulovou dimenzí. Jde o to, že nejsme schopni určit měření z velkých vzdáleností. To logicky vede k tomu, co bylo popsáno výše: mohou existovat i jiné dimenze, ale jsou tak malé, že je nevnímáme.
Propagační video:
Vraťme se ke kompaktizaci měření. Představte si, že jste veverka žijící na nekonečně dlouhém kmeni stromu. V každém případě je kmen stromu válec. Můžete se pohybovat dvěma nezávislými směry - „podél“a „kolem“. Jakmile se nudíte, přesunete se na strom s tenčím kmenem, jehož obvod je mnohem menší. Nyní je vaše „kolem“dimenze mnohem menší než dříve. K úplnému obejití hlavně potřebujete pouze dva kroky. Přeskočíte na ještě tenčí strom. Nyní v jednom kroku zabalíte hlaveň stokrát! Dimenze „kolem“je pro vás příliš malá. Čím tenčí kmeny stromů, tím větší jsou rozměry vašeho světa na jeden.
Čím menší je strom, na který veverka skočí, tím menší je rozměr „kolem“, ve kterém se může pohybovat a který může vnímat / WhyStringTheory.com
To je přesně to, co se děje v teorii strun se šesti (sedm pro M-teorii) extra dimenzí. Pokaždé, když pohnete rukou vesmírem, otočíte skryté dimenze neuvěřitelně mnohokrát.
Jak je uvedeno výše, rozměry kompaktizovaných měření jsou řádově 10 až 33 centimetrů, což je srovnatelné s délkou Planck (1,6 x 10 až 33 centimetrů). Je třeba poznamenat, že je nepravděpodobné, že v blízké budoucnosti budeme mít příležitost je přímo experimentálně registrovat. Vědci přesto doufají v některé testy, jejichž výsledky však do značné míry závisí na úspěšné kombinaci okolností.
Tvar a velikost řetězců je nesmírně důležitá pro simulaci jejich vibrací a interakcí. Musíte pochopit, jak se točí kolem šesti stočených rozměrů. Přesná struktura povrchu vytvořeného zhutněním mění fyziku řízenou strunami.
Existuje několik způsobů, jak mohou být další rozměry složeny do tak malého prostoru. Zatím však není známo, která z těchto metod nakonec vede k tradiční fyzice.
V minulosti bylo učiněno mnoho pokusů zhutnit teorii matic pomocí šestidimenzionálního toroidu, ale nic z toho nepřišlo. Nikdo si nemyslel, že údajně obtížnější problém s kompaktizací s rozdělovači Calabi-Yau by poskytl funkční řešení pro teorii práce. Zhutňování rozměrů s varietami Calabi-Yau se vyhýbá některým komplikacím teorie matic.
Současný výzkum v teorii strun je více o varietách Calabi-Yau. To je jistě slibná skupina zhutnění, ale stále není jasná odpověď a počet objevených variet se již zvýšil na 10 (na sílu 500), jak jeden z řetězcových teoretiků Brian Green nedávno zdůraznil v podcastu Sean Carrollové.
Šestimenzionální sběrná potrubí Calabi - Yau / Vimeo / Graphene.
Teoretici strun jsou stále daleko od jasného a jednoznačného chápání toho, zda M-teorie skutečně popisuje svět na nejmenších stupnicích. Jak však poznamenal Edward Witten: „Je úžasné, jak můžete vytvořit teorii, která zahrnuje gravitaci, ale která byla původně založena pouze na teorii rozchodů.“
Teorie strun je složitý matematický aparát. Jak Clifford Johnson a Brian Greene zdůraznili v našich rozhovorech s časopisy, je těžké říci, že tato teorie skutečně popisuje realitu. Ale i když se ukáže, že to nemá nic společného s realitou, bude to rozhodně důležitý krok k něčemu většímu - směrem k teorii, která popisuje vesmír přesněji a elegantněji než cokoli, co jsme věděli dříve.
Vladimir Guillen