Videó

Tranzkript

Milyen az univerzum igazából?

Válaszként az emberiség történetekkel állt elő, hogy leírja a világot.

Ezeket próbáknak vetjük alá, hogy eldönthessük mi maradhat és mi nem.

De minél többet tudunk, annál furcsábbá és bonyolultabbá válnak a történeteink.

Némelyikük olyannyira, hogy már nagyon nehéz észbentartani, miről is szólnak valójában.

Ilyen a húrelmélet is.

Egy híres, sokat vitatott, és gyakran félreértelmezett történet a mindenség igaz természetéről.

Miért alkottuk meg? És helyes-e egyáltalán? Vagy csak egy furcsa ötlet, amit jobb lenne elvetni?

KURZGESAGT

• Dióhéjban -

Hogy megértsük a természet igaz valóját, közelről vizsgáltuk meg a dolgokat, melyek lenyűgöztek bennünket.

Csodálatos tájképek a porban.

Bizarr lények serege.

Bonyolult fehérje robotok.

Ezek mind molekulákból épülnek fel,

azok pedig számtalan még kisebb részecskéből, atomokból.

Azt hittük, hogy ezek adják a természet utolsó rétegét,

mígnem hatalmas erővel összeütköztettük őket és olyan dolgokat fedeztünk fel, melyek tovább nem bonthatók.

Ezek az elemi részecskék.

Itt viszont egy kis problémába ütköztünk. Olyan kicsik, hogy már nem is látjuk őket.

Gondoljunk bele, hogy mi is a látás.

Hogy láthassunk, fényre, vagyis az elektromágneses sugárzás egy fajtájára van szükségünk.

A sugár eléri a tárgyak felületét, és visszaverődik a szemünkbe.

A hullám olyan információt közvetít a tárgyról, melynek segítségével az agyad létrehoz egy képet.

Így tehát nem láthatsz valamit anélkül, hogy valamilyen módon ne lépnél kapcsolatba vele.

Látni olyan, mint érinteni. Egy aktív folyamat, nem pedig passzív.

Ez a legtöbb esetben nem is jelent problémát.

De a részecskék nagyon, nagyon aprók.

Olyan aprók, hogy a képalkotáshoz használt elektromágneses hullámok

túl nagyok hozzájuk képest. A látható fény egyszerűen elsiklik mellettük.

Ezt megpróbálhatjuk megoldani azzal,

hogy olyan elektromágneses hullámot hozunk létre, amelyek hullámhossza sokkal rövidebb, így gyorsabban hullámzik.

De az erősebb hullámzás (frekvencia) nagyobb energiát jelent.

Ezért amikor egy nagy energiájú sugárral vizsgálunk egy részecskét, vizsgálat közben megváltoztatjuk azt.

Ahogy szemügyre vesszük, eltorzítjuk. Tehát nem tudunk elemi részecskéket pontosan tanulmányozni.

Ez a tény annyira fontos, hogy neve is van:

Heisenberg-féle határozatlansági elv, amely a kvantumelmélet egyik alapja.

De akkor hogy néz ki egy elemi részecske?

Milyen a természete?

Nem tudni.

Ha elég erősen figyelünk, homályosan láthatjuk a részecske körvonalait, de a részecskét magát nem.

Tudjuk róla hogy van, de ennél többet nem.

(Van ott valaki? Nem!)

De ha ez a helyzet, hogyan tudhatunk meg többet?

Úgy, ahogy általában: kitalálunk egy új történetet, egy matematikai elképzelést.

Itt kezdődött a pontszerű részecskék története.

Eldöntöttük hogy úgy teszünk, mintha egy részecske a tér egy pontja lenne.

Valamennyi elektron egy pont ami bizonyos töltéssel és tömeggel bír. Egymástól megkülönböztethetetlenek.

E módon a fizikusok definiálhatták őket és kiszámíthatták viselkedésüket.

Ezt nevezzük kvantumtérelméletnek, amely megannnyi problémát oldott meg.

A részecskefizika standard modellje erre épül. És sok folyamatot elég jól meg is jósol.

Például az elektron több kvantumtulajdonságát tesztek szerint

0.0000000000002%-os hibaaránnyal jósolja meg.

Tehát a részecskék nem igazán pontok, de ha úgy kezeljük őket, mintha azok lennének, elég jól leírható az univerzum

Ez az elmélet nem csak előbbre vitte a tudományt, hanem rengeteg mindennapi eszközünket is köszönhetjük neki.

De van egy nagy probléma: a gravitáció.

A kvantummechanika szerint valamennyi fizikai erő hordozóinak bizonyos részecskéknek kell lenniük.

De Einstein általános relativitáselmélete szerint

a gravitáció ez alól kivételt képez.

Ha az univerzum egy színdarab,

a részecskék a színészek, a gravitáció pedig a színpad.

Leegyszerűsítve a gravitáció egy geometriai elmélet.

Maga a téridő geometriája.

Olyan terek távolsága, amit abszolút pontossággal kell megadnunk.

De mivel a kvantumok világában lehetetlen pontosan megmérni a dolgokat,

a gravitációt egyszerűen nem tudjuk beleilleszteni a kvantumfizika törvényibe.

Amikor pedig a fizikusok megpróbálták kiszámolni egy új, gravitációhoz köthető récsecske létét,

a matematikájuk csütörtököt mondott.

És ez egy nagy probléma.

Ha a gravitáció megférne a kvantumfizikával és a standard modellel,

Megkapnánk a mindenség elméletét.

Ezért a nagy koponyák új oldalról közelítették meg a dolgot.

Mi komplexebb egy pontnál? - kérdezték

Egy vonal - vagy egy húr.

Megszületett a húrelmélet.

A húrelméletet az teszi olyan elegánssá,

hogy sok különféle elemi részecskét ír le, mint a húr különböző rezgési módjait.

Akárcsak egy hegedűhúr sokféle hangot adhat,

itt egy húr sokféle részecskét jelenthet.

És ami a legfontosabb, ez magába foglalja a gravitációt is.

Ezért a húrelmélet igencsak ígéretes: egységesítheti ez összes létező erőt az univerzumban.

Ez óriási izgalmat és szenzációt keltett,

és a húrelméletre hamarosan mint egy lehetséges mindenségelméletre tekintettek.

Sajnos azonban a húrelméletben van pár kibogozhatatlan csomó.

A húrelmélet alapjául szolgáló matek nagy része

nem működik az univerzumunk három térbeli és egy időbeli dimenziójában.

A húrelméletnek 10 dimenzió kell, hogy működjön.

Így a kutatók számításokat végeztek modell-univerzumokban.

Ezután megpróbáltak megszabadulni a hat plusz dimenziótól, hogy leírják a mi univerzumunkat.

De eddig ez senkinek sem sikerült, és egyetlen kísérletben sem sikerült bizonyítani a húrelméletet felvetéseit.

Tehát a húrelmélet nem fedte fel a mindenség természetét.

Az is megkérdőjelezhető, hogy a húrelméletnek van-e bármilyen haszna.

A tudományt kísérletekkel és előzetes számításokkal építhetjük.

Jelen esetben egyik se kivitelezhető, de akkor mégis minek vesződünk húrokkal?

Azért, mert egyéb módokon még nagyon is kifizetődő a használatuk.

A fizika nyelve a matematika.

Kettő meg kettő az négy.

Ez a véleményedtől függetlenül mindig így marad.

Ugyanígy tehát a húrelmélet önmagában megállja a helyét.

Ezért van a húrelméletnek mindezek ellenére is létjogosultsága.

Képzeld el, hogy egy óceánjárót akarsz építeni,

de csak egy kis csónakhoz van tervrajzod.

Nyilván sok az eltérés: a meghajtás, az építőanyagok, és a nagyságrend.

De végső soron mindkettő úszik a vizen.

Tehát egy evezőscsónak tervrajzát tanulmányozva az óceánjárók megértéséhez is közelebb kerülhetünk.

A húrelmélettel segítségével kereshetjük a választ a kvantumgravitáció problémáira,

amelyek már évtizedek óta zavarba hozzák a fizikusokat.

Mint pl. a fekete lyukak vagy az információparadoxon.

A húrelmélet jó irányba terelhet bennünket.

Így használva értékes eszközzé válhat az elméleti fizikusok kezében,

akik így a kvantumvilágot új aspektusokból, gyönyörű matematikai levezetéseken keresztül ismerhetik meg.

A húrelmélet talán nem a mindenség elmélete.

De akárcsak a pontszerű részecskék elmélete,

Nagyon hasznos lehet.

Még nem tudjuk, mi a valóság igazi természete,

de új és új elméletekkel fogunk előállni, hogy kitaláljuk.

Amíg egy nap, remélhetőleg,

Megtudjuk.

Ez a videó a Svájci Nemzeti Tudományos Alap támogatásával és Alessandro Sfondrini segítségével valósult meg.

További köszönet jár Alessandra Gnecchi-nek, Pieralberto Marchetti-nek, és David Tong-nak a tudományos segítségnyújtásukért, továbbá a zürichi MNG Rämibühl diákjainak.