Video

Transkripce

Jaká je pravá podstata vesmíru?

Aby odpověděli na tuto otázku, lidé přišli s příběhy, které měly svět popsat.

Ověřovali jsme naše příběhy a rozhodli se, co nechat a co zahodit.

Ale čím více se učíme, tím více jsou naše příběhy komplikované.

Některé až na tolik, že je těžké poznat, o čem vlastně jsou.

Jako teorie superstrun.

Známý, kontroverzní a často nepochopený příběh,

o podstatě všeho.

Proč jsme s touto myšlenkou přišli a… je správná?

nebo existuje jen proto, abychom se o ní bavili?

Abychom pochopili pravou podstatu reality,

podívali jsme se na věci zblízka a byli jsme ohromeni.

Úžasné krajiny v prachu,

hromada bizardních stvoření,

i složití bílkovinní roboti.

Vše stvořeno ze struktur molekul, složených z mnohem menších věcí… atomů.

Mysleli jsme, že jsou základními kameny reality.

Než jsme je nechali se o sebe rozbít

a oběvili věci, které již nemohou být více rozdělovány.

Elementární částice.

Nyní máme další problém: Jsou tak malé,

že už je nemůžeme pozorovat.

Přemýšlejte.

Co to znamená “vidět”.

Abychom něco viděli, potřebujeme světlo, elektromagnetickou vlnu.

Tato vlna zasáhne povrch objektu a odrazí se zpět do vašeho oka.

Vlna nyní obsahuje informaci o objektu,

kterou mozek zpracuje na obrázek.

Takže nemůžete něco vidět, aniž byste s tím byli nějak v kontaktu.

Vidění je dotýkání se. Aktivní, nikoli pasivní proces.

Tohle není problém většiny věcí.

Ale částice jsou velice, velice, velice malé.

Dokonce tak malé, že elektromagnetické vlny,které potřebujeme k vidění, je míjejí.

Viditelné světlo je prostě obletí.

Zkoušeli jsme tento problém vyřešit tak, že jsme vytvořili vlnu s mnohem kratší vlnovou délkou a vyšší frekvencí.

Jenže větší frekvence potřebuje více energie.

Takže pokud bychom se dotkli částice elektromagnetickou vlnou s velikou energií,

změní ji to.

Podíváním se na částici ji změníme.

Takže nemůžeme přímo měřit elementární částice.

Tento fakt je tak důležitý, že má své vlastní jméno.

Heisenbergův princip neurčitosti.

Základ kvantové fyziky.

Jak tedy vypadá taková částice?

Jak funguje?

Nevíme…

Když se opravdu snažíme, můžeme vidět mlhavý oblak různých vlivů,

ale ne samotné částice.

Pouze víme že existují.

Ale pokud je to pravda, jak s nimi můžeme počítat ve vědě?

Udělali jsme to, co lidé dělají vždy: vymysleli jsme další příběh,

matematickou fikci.

Příběh o bodové částici.

Řekněme, že částice je jen bod v prostoru.

Jakýkoli elektron je bod s určitým elektrickým nábojem a hmotností.

Vše je od sebe navzájem nerozlišitelné.

Tímto způsobem jsou fyzici schopni je definovat a vypočítat veškeré jejich interakce.

Tomu se říká “kvantová teorie pole”, která již vyřešila mnoho problémů.

Celý standardní model částicové fyziky je na ní založený.

A předpovídá mnoho věcí velice dobře.

Například, některé kvantové vlastnosti elektronu byly otestovány

a odchylka od výpočtů byla 0.0000000000002%

Jinýmy slovy, i když částice nejsou pouze body,

jelikož s nimi počítáme tak, jako by body byly, dostali jsme poměrně přesný obrázek o vesmíru.

Tato myšlenka nejen posouvá dopředu vědu, ale vedla také k zavedení moderních technologií, které používáme každý den.

Ale je zde obrovský problém:

Gravitace.

V kvantové mechanice jsou všechny síly obstarávány konkrétními částicemi.

Ale podle Einsteinovy obecné teorie relativity,

gravitace není síla jako ostatní ve vesmíru.

Pokud je vesmír divadelní hra, částice jsou herci,

ale gravitace je pódium

Jednoduše řečno: Gravitace je teorie o geometrii, geometrii samotného časoprostoru.

O vzdálenosti, které potřebujeme vyjádřit naprosto přesně.

Ale protože neexistuje způsob, jak v kvantovém světě přesně měřit,

náš příběh o gravitaci nefunguje bez příběhu o kvantové fyzice.

Když se fyzikové snažili zařadit gravitaci do příběhu pomocí nové částice,

jejich matematika přestala fungovat.

A to je velký problém.

Pokud dokážeme sloučit gravitaci, kvantovou fyziku a standardní model,

získali bychom teorii všeho.

Takže velice chytří lidé přišli s novým příběhěm.

Zeptali se, co je více komplikované než pouhý bod?

Čára, nebo struna.

A zrodila se teorie superstrun

Teorie superstrun je elegantní v tom,

že popisuje různé elementární částice jako různé druhy vibrace struny.

Stejně jako různě vibrující struny houslí hrají různé tóny,

struna vytvoří různé částice.

A co je nejdůležitější, toto zahrnuje i gravitaci.

Teorie superstrun by mohla spojit všechny základní síly ve vesmíru.

To vzbudilo obrovské nadšení.

Teorie superstrun se rychle stala dobrým kandidátem na teorii všeho.

Bohužel, teorie strun hraje v mnoha případech falešně.

Většina matematiky obsažená v teorii superstrun nefunguje v našich třech prostorových a jednom časovém rozměru.

Aby fungovala, potřebuje teorie superstrun deset dimenzí.

Takže fyzici udělali výpočty v modelových vesmírech

a poté se je snažili zbavit šesti přebývajících rozměrů a převést je do našeho světa.

Ale zatím nikdo neuspěl ani se nic experimentálně nedokázalo.

Takže teorie superstrun neodhaluje fungování našeho vesmíru.

Někdo může říct, že je nám tím pádem k ničemu.

Věda je o experimentování a předpovědích.

Pokud bychom je nebyli schopni provádět, proč bychom se zabývali strunami?

Opravdu je to jen o tom, jak ji využijeme.

Fyzika je založená na matematice. 2+2=4

To je pravda nezávisle na tom, jak o tom přemýšlíte.

A matematika v teorii superstrun funguje.

Proto je stále užitečná.

Představte si, že chcete postavit výletní loď,

ale máte plány pouze pro malou lodičku.

Mezi nimi je hromada rozdílů: motor, materiál, měřítko…

Ale v podstatě jde o tu samou věc: Věc, která plave.

Takže studováním plánů k malé lodičce

se můžete naučit dost věcí potřebných k konstrukci výletní lodi.

S teorií superstrun se můžeme pokusit odpovědět na některé otázky o kvantové gravitaci,

které trápí fyziky po desetiletí.

Například jak fungují černé díry nebo informační paradox.

Teorie superstrun nás může nasměrovat správným směrem.

Pokud je použita tímto způsobem, teorie superstrun stává cenným nástrojem pro teoretické fyziky,

a může jim pomoci objevit nové aspekty kvantového světa a krásné matematiky.

Takže příběh teorie superstrun možná nebude teorií všeho.

Ale stejně jako příběh o bodové částici,

možná to bude velice užitečný příběh.

Zatím stále nevíme, jaká je pravá podstata reality, ale stále budeme přicházet s dalšími příběhy ve snaze ji odhalit.

Dokud jednoho dne to, doufejme, vyjde.

Úprava a doplnění překladu: Patrik Kořenář

Přeložil: teasin951