Video

Transkrypcja

Jaka jest prawdziwa natura Wszechświata?

Aby opowiedzieć na to pytanie, ludzie wymyślają opowieści

opisujące świat.

Weryfikujemy te opowieści

i dowiadujemy się, co w nich zatrzymać, a co wyrzucić.

Ale im więcej się dowiadujemy, tym bardziej złożone i dziwne

stają się nasze opowieści.

Niektóre aż tak,

że naprawdę trudno jest stwierdzić, o co w nich chodzi.

Jak np. TEORIA STRUN - słynna, kontrowersyjna

i często źle rozumiana opowieść o

naturze wszystkiego.

Po co ją wymyśliliśmy i czy jest poprawna?

Czy to tylko koncepcja, którą musimy sprawdzić?

KURZGESAGT

• krótko mówiąc -

Aby zrozumieć prawdziwą naturę rzeczywistości, spojrzeliśmy

na różne rzeczy z bliska i byliśmy zdumieni.

Cudowne krajobrazy w kurzu,

światy, w których żyją dziwne stworzenia,

białka będące złożonymi robotami.

Wszystko to zbudowane ze struktur cząsteczek,

zbudowanych z niezliczonych jeszcze mniejszych rzeczy - atomów.

Myśleliśmy, że są one ostatnią warstwa rzeczywistości,

ale zderzyliśmy je z bardzo dużą siłą

i odkryliśmy rzeczy, których już nie da się podzielić:

cząstki elementarne.

Ale teraz mamy problem.

One są tak małe, że niemożliwym jest, by je zobaczyć.

Pomyśl: co to znaczy widzieć?

Aby coś zobaczyć

potrzebujemy światła - fali elektromagnetycznej. Ta fala

uderza w powierzchnię czegoś, zostaje odbita i dociera do twojego oka.

Fala przenosi informację z jakiegoś obiektu, którą twój mózg wykorzystuje, by

stworzyć obraz.

Więc nie możesz niczego zobaczyć bez jakiegokolwiek oddziaływania z tą rzeczą.

Widzenie to dotykanie. Czynny proces,

a nie bierny.

Nie stanowi to problemu w przypadku większości rzeczy.

Ale cząstki elementarne są bardzo, bardzo, bardzo małe.

Tak małe, że fale elektromagnetyczne potrzebne nam, by coś zobaczyć,

są za duże, by tych cząstek dotknąć.

Światło widzialne po prostu je omija.

Możemy spróbować poradzić sobie z tym

tworząc “gęstsze” (o wyższej częstotliwości) fale elektromagnetyczne

o dużo mniejszej długości fali.

Ale “gęstsza” fala to więcej energii.

A gdy dotykamy cząstki falą, która niesie ze sobą dużo energii

fala zmienia tę cząstkę.

Patrząc na cząstkę zmieniamy ją.

Więc nie jesteśmy w stanie precyzyjnie zmierzyć cząstek elementarnych.

Ten fakt jest tak ważny,

że ma nazwę:

zasada nieoznaczoności Heisenberga - podstawa całej

fizyki kwantowej.

Więc jak w takim razie wyglądają cząstki elementarne?

Jaka jest ich natura?

Nie wiemy.

Jeśli bardzo się postaramy, uda się nam zobaczyć

niewyraźne przestrzenie, na które one wpływają, ale nie same cząstki.

Wiemy tylko, że one istnieją.

Ale jeśli tak jest, jak prowadzić nad nimi badania naukowe?

Zrobiliśmy to, co robią ludzie - wymyśliliśmy nową opowieść,

matematyczną fikcję.

Opowieść o cząstkach punktowych.

Zdecydowaliśmy, że będziemy udawać, że cząstka to punkt w przestrzeni.

Każdy elektron to punkt o określonym

ładunku elektrycznym i masie.

Nie różniący się niczym od innych.

W ten sposób fizycy byli w stanie je zdefiniować i obliczają

wszystkie ich interakcje.

Jest to tzw. kwantowa teoria pola i rozwiązała ona

dużo problemów.

Cały model standardowy fizyki cząstek elementarnych jest na niej oparty

i bardzo dobrze przewiduje wiele rzeczy.

Np. wiele kwantowych właściwości elektronów

zostało zbadanych i są dokładne co do

0,000 000 000 000 2%.

0,000 000 000 000 2%.

Tak więc choć cząstki nie są tak naprawdę punktami,

traktując je w ten sposób

otrzymujemy całkiem dobry obraz Wszechświata.

To podejście nie tylko wpłynęło na rozwój nauki,

ale także doprowadziło do powstania wielu realnych technologii, z których korzystamy na co dzień.

Ale jest jeden duży problem: grawitacja.

W mechanice kwantowej wszystkie siły fizyczne

są przenoszone przez określone cząstki.

Ale zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina,

grawitacja różni się od pozostałych sił występujących we Wszechświecie.

Jeśli Wszechświat to przedstawienie w teatrze,

cząstki elementarne to aktorzy,

a grawitacja jest sceną.

W uproszczeniu, grawitacja jest teorią opartą na geometrii -

geometrii samej czasoprzestrzeni.

Wymaga opisywania odległości z absolutną precyzją.

Jednak ponieważ nie ma sposobu na to, by precyzyjnie coś zmierzyć

w świecie kwantowym, nasza opowieść o grawitacji nie współdziała

z opowieścią o fizyce kwantowej.

Gdy fizycy usiłują dodać grawitację do tej opowieści

wymyślając nową cząstkę,

matematyka przestaje działać.

A to duży problem.

Gdybyśmy byli w stanie pożenić grawitację z fizyką kwantową i z modelem standardowym,

uzyskalibyśmy

teorię wszystkiego.

Więc bardzo mądrzy ludzie wymyślili nową opowieść.

Zastanowili się, co jest bardziej złożone, niż punkt.

Linia. Lub struna.

Narodziła się teoria strun.

Tym, co czyni teorię stun tak elegancką,

jest to, że opisuje ona różne cząstki elementarne jako różne rodzaje

wibracji struny.

Tak, jak struny skrzypiec wibrujące w różny sposób pozwalają

uzyskać różne nuty, struny pozwalają uzyskać różne cząstki.

Co najistotniejsze,

uwzględnia to grawitację.

Teoria strun obiecała ujednolicić wszystkie elementarne siły

Wszechświata. To spowodowało olbrzymią ekscytację

i popularność.

Teoria strun szybko została określona możliwą

teorią wszystkiego.

Niestety, teoria strun nie jest

pozbawiona haczyków.

Większość matematyki zawartej w spójnej teorii strun

nie działa w naszym Wszechświecie z trzema przestrzennymi

i jednym czasowym wymiarem.

Teoria strun wymaga dziesięciu wymiarów.

Więc osoby zajmujące się teorią strun wykonują obliczenia

w modelowych wszechświatach.

Następnie starają się pozbyć sześciu nadmiarowych wymiarów

i opisać nasz Wszechświat.

Ale jak dotąd nikomu się to nie udało

i żadnego z przewidywań teorii strun nie udowodniono doświadczalnie.

Więc teoria strun nie odkryła natury naszego Wszechświata.

Więc teoria strun nie odkryła natury naszego Wszechświata.

Można by się kłócić, że w takiej sytuacji teoria strun

jest bezużyteczna.

Nauka opiera się na doświadczeniach i przewidywaniach.

Jeśli one są niemożliwe, po co nam struny?

Tak naprawdę chodzi o to, jak z tej teorii skorzystamy.

Fizyka opiera się na matematyce. Dwa dodać dwa to cztery.

To zawsze prawda, nie ważne, co na ten temat sądzisz.

I matematyka teorii strun się sprawdza.

Dlatego teoria strun jest mimo wszystko przydatna.

Wyobraź sobie, że chcesz zbudować statek wycieczkowy, ale masz tylko

schematy małej łodzi wiosłowej.

Jest dużo różnic: silnik, materiały,

rozmiar.

Ale jedno i drugie to zasadniczo to samo,

jedno i drugie pływa.

Więc studiując schematy łodzi wiosłowej

nadal możesz się dowiedzieć czegoś na temat tego, jak ostatecznie zbudować statek.

Z pomocą teorii strun możemy spróbować odpowiedzieć na pewne pytania

dotyczące kwantowej grawitacji, nad którymi przez dekady głowili się fizycy.

Np. to, jak działają czarne dziury, czy też paradoks informacji.

Teoria strun może nas poprowadzić

we właściwym kierunku.

Wykorzystana w tym duchu, teoria strun staje się

cennym narzędziem dla fizyków teoretycznych

i pozwala im odkrywać nowe aspekty kwantowego świata

i pięknej matematyki.

Więc może opowieść o teorii strun

nie jest teorią wszystkiego.

Ale tak, jak opowieść o cząstkach punktowych,

może być bardzo przydatna.

Jeszcze nie wiemy, jaka jest prawdziwa natura rzeczywistości,

ale będziemy dalej wymyślać opowieści próbując się dowiedzieć,

aż w końcu pewnego dnia, na co mamy nadzieję,

dowiemy się.

Ten film powstał dzięki wsparciu Szwajcarskiej Narodowej Fundacji Naukowej

i w konsultacji naukowej z Alessandro Sfondrinim.

Chcielibyśmy także podziękować Alessandrze Gnecchi, Pieralberto Marchettiemu i Davidowi Tongowi za pomoc, a także studentom MNG Rämibühl w Zurychu.

Wesprzyj nas na Patreonie.