Video

Transkripcija

Što je stvarna narav svemira?

Kako bi odgovorili na to pitanje,

ljudi su smislili priče koje opisuju svijet.

Ispitujemo svoje priče i učimo što trebamo zadržati, a što odbaciti.

Ali, što više učimo,

to naše priče postaju složenije i čudnije.

Neke od njih do te mjere

da je zaista teško shvatiti o čemu, zapravo, govore.

Poput teorije struna.

Poznata, prijeporna i često pogrešno shvaćena priča

o naravi svega.

Zašto smo je smislili i je li točna?

Ili se radi o zamisli koju bismo trebali odbaciti?

Kako bismo razumjeli narav stvarnosti,

promatrali smo stvari izbliza i ostali zadivljeni.

Čudesni krajobrazi u prašini,

zoološki vrtovi čudnovatih stvorenja

i složeni proteinski roboti.

Svi su oni načinjeni od struktura molekula,

koje su sačinjene od neizbrojive količine još manjih stvari:

atoma.

Mislili smo da su oni konačni sloj stvarnosti,

sve dok ih nismo zaista snažno sudarili

i otkrili stvari, koje se više ne mogu dijeliti.

Osnovne čestice.

Ali, sada imamo poteškoću:

one su toliko male da ih više ne možemo promatrati.

Razmislite: što je promatranje?

Kako bismo nešto promotrili, treba nam svjetlost, elektromagnetski val.

Taj val udara u površinu stvari

i odbija se natrag do našega oka.

Taj val nosi podatke o predmetu,

od kojih vaš mozak stvara sliku.

To znači da ne možete vidjeti nešto, bez međudjelovanja s tim predmetom.

Vidjeti znači dotaknuti i to je aktivan, a ne pasivan postupak.

Ta poteškoća se ne javlja s većinom stvari.

Ali čestice

su vrlo,

vrlo,

vrlo male.

Toliko male da su elektromagnetski valovi, koje možemo vidjeti,

preveliki da bi ih dotaknuli.

Vidljiva svjetlost jednostavno prođe pored njih.

Možemo pokušati riješiti poteškoću stvaranjem elektromagnetskih valova

s više mnogo manjih valnih dužina.

Ipak, više valnih dužina znači više energije.

Stoga, kada dotaknemo česticu valom, koji nosi mnogo energije,

on je promijeni.

Promatrajući česticu, mi je mijenjamo.

Zato ne možemo točno izmjeriti osnovne čestice.

Ova činjenica je toliko bitna da ima svoje ime:

Heisenbergov princip neodređenosti.

Osnova čitave kvantne fizike.

I? Kako, onda, čestica izgleda?

Koja je njezina narav?

Ne znamo.

Ako pažljivo pogledamo,

možemo vidjeti mutnu sferu utjecaja,

ali ne i same čestice.

Samo znamo da postoje.

Ako je to slučaj,

kako ih možemo rabiti u znanosti?

Učinili smo ono što ljudi čine i smislili novu priču.

Matematičku fikciju.

Priču o točkastoj čestici.

Odlučili smo se pretvarati da su čestice točke u prostoru.

Bilo koji elektron je točka s određenim električnim nabojem i određenom masom.

Ni jedan se ne razlikuje od drugoga.

Na ovaj način fizičari ih mogu opisati

i izračunati njihova međudjelovanja.

To se naziva teorijom kvantnoga polja i riješilo je mnogo poteškoća.

Čitav standardni model čestične fizike je ustanovljen na njoj

i predviđa mnogo stvari vrlo točno.

Na primjer, neka kvantna svojstva elektrona

su ispitana i točna do

0,

0,00

0,0000

0,000000

0,00000000

0,0000000000

0,000000000000

0,0000000000002%

Stoga, iako čestice nisu zaista točke,

ponašajući se prema njima kao da jesu,

dobivamo prilično dobru sliku svemira.

Ta zamisao nije samo unaprijedila znanost,

već je dovela do mnogo tehnoloških unaprjeđenja, koja su u svakodnevnoj uporabi.

Ali postoji velika poteškoća:

gravitacija.

U kvantnoj mehanici, sve fizičke sile nose određene čestice.

Ali prema Einsteinovoj općoj relativnosti,

gravitacija nije sila poput ostalih u svemiru.

Kada bi svemir bio predstava,

čestice bi bile glumci,

ali bi gravitacija bila pozornica.

Jednostavno rečeno, gravitacija je teorija geometrije.

Geometrije samoga prostor-vremena,

te udaljenosti, koje moramo opisati sa savršenom točnosti.

Ali, budući da ne postoji način potpuno točnoga mjerenja stvari u kvantnome svijetu,

naša priča o gravitaciji se ne uklapa s pričom o kvantnoj fizici.

Kada fizičari pokušaju dodati gravitaciju u priču, uvodeći novu česticu,

njihova se računica pokvari

i nastaje velika poteškoća.

Kada bismo mogli upariti gravitaciju s kvantnom fizikom i standardnim modelom,

dobili bismo teoriju svega.

Zato su vrlo pametni ljudi smislili novu priču.

Upitali su se: što je složenije od točke?

Crta?

Crta ili struna.

Rodila se teorija struna.

Ono što čini teoriju struna tako uglađenom,

jeste to što opisuje mnoge različite osnovne čestice

kao različite vidove vibracija strune.

Poput violinske strune čije različite vibracije daju različite zvukove,

struna može dati različite čestice.

Najbitnije: to uključuje i gravitaciju.

Teorija struna je obećala ujediniti temeljne sile svemira.

Ta je tvrdnja uzrokovala ogromno uzbuđenje i podigla prašinu.

Teorija struna brzo je sazrjela u moguću teoriju svega.

Na nesreću, teorija struna dolazi

s mnogo repova.

Većina matematike u kojoj se rabi dosljedna teorija struna

ne djeluje u našem svemiru od tri prostorne i jednom vremenskom dimenzijom.

Teorija struna zahtijeva deset dimenzija, kako bi djelovala.

Zato su teoretičari struna izradili izračune u modelima svemira.

Potom su se pokušali riješiti šest dodatnih dimenzija i opisati naš svemir.

Do sada, to nitko nije učinio uspješno

i ni jedna pretpostavka teorije struna nije pokusno dokazana.

Teorija struna nije otkrila narav našega svemira.

Netko bi mogao reći da, u ovome slučaju,

teorija struna uopće nije korisna.

Znanost je utemeljena na pokusima i pretpostavkama.

Ako ne možemo doći do njih,

zašto se uopće mučimo sa strunama?

Radi se o načinu na koji ih rabimo.

Fizika je utemeljena na matematici.

Dva plus dva daju četiri.

To je istinito, bez obzira što vi mislili o tome.

A matematika teorije struna je ispravna.

To je razlog zašto nam je teorija struna još uvijek korisna.

Zamislite da želite izgraditi prekooceanski brod,

ali imate samo nacrte za mali čamac na vesla.

Postoji mnogo razlika:

motor,

motor, materijali,

motor, materijali, omjeri…

Ali obje stvari su u osnovi iste:

plutajući predmeti.

Proučavanjem nacrta čamca na vesla,

s vremenom možete naučiti kako izgraditi prekooceanski brod.

Pomoću teorije struna

možemo pokušati odgovoriti na neka pitanja o kvantnoj gravitaciji,

koja desetljećima muče fizičare.

Na primjer: kako rade crne rupe

ili kako riješiti paradoks saznanja.

Teorija struna nas može usmjeriti u pravome smjeru.

Uporabljena u tome duhu,

teorija struna postaje vrijedno oruđe teoretskih fizičara

i pomaže im oblikovati nove poglede na kvantni svijet

i neke divne matematičke izračune.

Možda priča teorije strune

nije teorija svega.

Ali, poput priče o točkastoj čestici,

može biti krajnje korisna priča.

Još uvijek ne znamo što je istinska narav stvarnosti,

ali ćemo nastaviti smišljati priče kako bismo pokušali saznati odgovor na to pitanje.

Sve dok ga jednoga dana,

Sve dok ga jednoga dana, nadajmo se,

Sve dok ga jednoga dana, nadajmo se, ne saznamo.

Ovaj video podržala je Švicarska nacionalna znanstvena zaklada

i ostvaren je uz znanstveno savjetovanje Alessandra Sfondrinija.