Video

Prepis

Čo je skutočnou podstatou vesmíru?

Aby odpovedali na túto otázku,

ľudia prišli s príbehmi, ktoré popisujú svet.

Testujeme naše príbehy a učíme sa, ktoré si ponechať a ktoré zahodiť.

Ale čím viac sa dozvedáme,

tým komplikovanejšími a podivnejšími sa príbehy stávajú.

Niektoré z nich až tak,

že je naozaj ťažko zistiť, o čom vlastne sú.

Ako teória strún.

Slávny, kontroverzný a často zle pochopený príbeh

o podstate všetkého.

Prečo sme s ním prišli a je správny?

Alebo je to iba nápad, ktorý by sme mali zahodiť?

Aby sme pochopili pravú podstatu reality,

dívali sme sa na veci zblízka a boli ohromení.

Úžasné krajiny v prachu,

hromady bizarných kreatúr,

zložité bielkovinové roboty.

Všetky z nich vytvorené z molekúl,

vytvorených z nespočetných menších vecí:

Atómov.

Mysleli sme si, že je to konečná vrstva reality,

kým sme ich vzájomne veľmi silne nezrazili

a objavili veci, ktoré sa už ďalej deliť nedajú:

Elementárne častice.

Ale teraz máme problém.

Sú tak maličké, že ich už nemôžeme vidieť.

Zamyslite sa nad tým: čo je videnie?

Aby sme niečo videli, potrebujeme svetlo, elektromagnetické vlnenie.

Toto vlnenie narazí na povrch veci

a je od nej odrazené späť do nášho oka.

Vlnenie nesie informáciu z objektu,

ktorú náš mozog použije na vytvorenie obrazu.

Takže nemôžete vidieť niečo bez toho, aby ste s tým nejako neinteragovali.

Videnie je dotýkanie sa; aktívny proces, nie pasívny.

S väčšinou vecí to nie je problém.

Ale častice sú

veľmi,

veľmi,

veľmi malé.

Tak malé, že elektromagnetické vlnenie, ktoré používame na to, aby sme videli,

je príliš veľké, aby sa ich dotklo.

Viditeľné svetlo jednoducho prechádza okolo nich.

Pokúšame sa to vyriešiť vytvorením elektromagnetického vlnenia,

ktorého je viac a s menšou vlnovou dĺžkou.

Ale menšia vlnová dĺžka znamená viac energie.

Takže ak sa dotkneme častice vlnením, ktoré má veľa energie,

zmení ju to.

Dívaním sa na časticu ju meníme.

Takže nemôžeme merať elementárne častice presne.

Tento fakt je tak dôležitý, že má vlastné meno:

Heisenbergov princíp neurčitosti.

Základ celej kvantovej fyziky.

Tak ako taká častica vlastne vyzerá?

Čo je jej podstata?

To nevieme.

Ak sa pozrieme naozaj dobre,

dokážeme vidieť nejasnú oblasť ich vplyvu,

ale nie častice samotné.

Vieme iba, že existujú.

Ale ak je to tak,

ako s nimi môžeme robiť vedu?

Urobili sme to, čo ľudia robievajú a vymysleli nový príbeh:

Matematickú fikciu.

Príbeh bodovej častice.

Rozhodli sme sa, že budeme predpokladať, že častica je bodom v priestore.

Každý elektrón je bod s určitým elektrickým nábojom a určitou hmotnosťou.

Všetky nerozlíšiteľné jeden od druhého.

Týmto spôsobom ich fyzici dokázali definovať

a vypočítať všetky ich interakcie.

Nazýva sa to Kvantová teória poľa a vyriešila mnoho problémov.

Všetky štandardné modely časticovej fyziky sú postavené na nej

a mnoho vecí predpovedá veľmi presne.

Napríklad niektoré kvantové vlastnosti elektrónu

boli testované, a sú presné až na

0,0000000000002 %.

Takže hoci častice nie sú v skutočnosti body,

chovaním sa k ním tak, akoby nimi boli,

dostaneme veľmi dobrý obraz vesmíru.

Táto idea nielenže posunula vedu dopredu,

viedla tiež k množstvu reálnej technológie, ktorú denne používame.

No je tu obrovský problém:

Gravitácia.

V kvantovej mechanike sú všetky fyzikálne sily sprostredkované určitými časticami.

Ale podľa Einsteinovej všeobecnej relativity,

gravitácia nie je sila podobná ostatným v našom vesmíre.

Ak je vesmír divadelná hra,

častice sú herci,

ale gravitácia je pódium.

Jednoducho povedané, gravitácia je teória geometrie.

Geometrie samotného priestoročasu.

Vzdialeností, ktoré potrebujeme popísať s absolútnou presnosťou.

Ale pretože neexistuje spôsob ako presne zmerať veci v kvantovom svete,

náš príbeh o gravitácii nefunguje s príbehom o kvantovej fyzike.

Keď sa fyzici pokúsili pridať gravitáciu do príbehu vytvorením novej častice,

ich matematika sa rozpadla.

A to je veľký problém.

Ak by sme dokázali spojiť gravitáciu s kvantovou fyzikou a štandardným modelom,

mali by sme Teóriu všetkého.

Preto veľmi múdri ľudia prišli s novým príbehom.

Položili si otázku: Čo je zložitejšie ako bod?

Čiara -

alebo struna.

Zrodila sa Teória strún.

To, čo robí teóriu strún tak elegantnou,

je že popisuje mnoho rôznych elementárnych častíc

ako rôzne druhy vibrácie struny.

Podobne ako rôzne vibrujúce struny huslí vydajú rôzne tóny,

struna môže vydať rôzne častice.

A najdôležitejšia vec; zahŕňa to aj gravitáciu.

Teória strún sľubuje zjednotiť všetky základné sily vesmíru.

To spôsobilo obrovské nadšenie a humbuk.

Teória strún sa rýchlo pasovala za možnú teóriu všetkého.

Nanešťastie, teória strún obsahuje

veľa strún.

Veľa matematiky, ktorá popisuje teóriu strún

nefunguje v našom vesmíre s jeho tromi priestorovými a jedným časovým rozmerom.

Teória strún potrebuje 10 rozmerov, aby fungovala.

Preto strunoví teoretici robia výpočty v modeloch vesmírov

a potom sa pokúšajú zbaviť 6 nadbytočných rozmerov a popísať náš vlastný vesmír.

Ale dodnes žiaden z nich neuspel

a žiadna predpoveď teórie strún nebola experimentálne potvrdená.

Takže teória strún neodhalila podstatu nášho vesmíru.

Niekto môže namietať, že v takom prípade

nie je teória strún nijako užitočná.

Veda je celá o experimetoch a predpovediach.

Ak ich nemôžeme robiť,

prečo by sme sa mali so strunami trápiť?

Je to všetko o tom, ako ju používame.

Fyzika je založená na matematike.

2 plus 2 sa rovnajú 4.

Je to pravda, bez ohľadu na to, čo si o tom myslíte.

A matematika v teórii strún funguje.

Preto je teória strún stále užitočná.

Predstavte si, že by ste chceli postaviť výletnú loď,

ale mali by ste iba plány pre malú veslicu.

Je tu množstvo rozdielov:

motor,

materiály,

rozmery.

Ale obe veci sú v podstate to isté:

veci, ktoré plávajú na vode.

Takže štúdiom plánov na veslicu

sa môžete stále naučiť niečo o tom, ako postaviť výletnú loď.

S teóriou strún

sa môžeme pokúsiť odpovedať na niektoré otázky o kvantovej gravitácii,

ktoré trápia fyzikov už dekády.

Napríklad, ako fungujú čierne diery

alebo informačný paradox.

Teória strún by nás mohla správne nasmerovať.

Keď sa používa takto,

Teória strún sa stáva vzácnym nástrojom pre teoretických fyzikov

a pomôže im objaviť nové aspekty kvantového svetá

a nejakú tú peknú matematiku.

Takže, možno že príbeh teórie stŕun

nie je teória všetkého.

Ale tak ako príbeh bodovej častice,

môže byť veľmi užitočný príbeh.

Ešte nevieme aký je skutočný charakter reality

ale budeme prichádzať s príbehmi a snažiť sa to zistiť.

Až jedného dňa,

dúfajme,

na to prídeme.

Toto video podporila Švajčiarska národná vedecká nadácia

a bolo realizované s odbornou pomocou Alessandra Sfondriniho.