Петък, Юли 13, 2007

Отмина ли времето на теорията на струните?

Често съм участвал в дискусии, в които става дума за теорията на струните. Не за научната и почти винаги неразбираема (включително и за мен) математическа страна на нещата, а за по-елементарната — нещата, за които всеки е „чувал”. Попадал съм на най-разнообразни доводи против тази „изтъркана” и „изчерпана” теория, но едва наскоро прочетох статия на Шон Карол (Sean Carroll*), публикувана в Ню Сайънтист, която обяснява защо теорията на струните все още е тук.

Първо нека изясним какво е теорията на струните. Това е теория, според която всяка частица представлява дребна трептяща струна, подобна на ластиче. В зависимост от това как трепти струната, тя има определени свойства — маса, електрически заряд и т. н. Физиците се опитват с помощта на математически модели и изчисления да докажат, че тези струни не само съществуват, но и изграждат всичко наоколо, включително четирите взаимодействия — едно от които е гравитацията.

„Въпреки че е уловила въображението на публиката”, пише Шон, „напоследък теорията на струните преживява тежки времена, поне в полето на популярната наука”. Освен в някои статии, излезли в авторитетни издания като USAToday, Time и Nature, освен в книгите на някои автори, такива скептични нотки започват да се чуват и от физици, и от хора извън академичните среди. Но така ли е наистина? Провали ли се теорията на струните да постигне бленуваното Голямо обединение на силите на природата? Според Шон — съвсем не.

Университетие по света все още наемат значителен брой хора, занимаващи се с нея; завършили студенти се тълпят да правят докторантури върху същата тази теория; но може би най-важното от всичко е, че тя продължава да е най-доброто, което имаме — „най-обещаващата идея за премостването на пропастта между квантовата механика и гравитацията”.

Според Шон, теорията на струните е уникална. Досега никога не е имало друга такава теория във физиката, по която да се работи много усилено, въпреки че няма преки експериментални доказателства за нея. Една от причините за това, посочва той, е удивителният успех на Стандартния модел. Той се е представил блестящо при всички тестове досега, предсказва с огромна точност поведението на познатите ни частици и в продължение на тридесет години е издържал на всякакви предизвикателства. Освен едно — не обяснява гравитацията. Тогава дошла теорията на струните.

През 70-те години на миналия век учените осъзнали, че това е теория на квантовата гравитация (т. е. теория, която свързва квантовата механика и гравитацията), защото според нея трябва да има вибрираща струна, на която да отговаря неуловимият гравитон — теоретичен носител на гравитацията. Това автоматично отличило теорията на струните от другите теории. Скоро било установено, че ако тя е вярна, във Вселената трябва да има още измерения — общо десет (а може би повече).

През 90-те години се наблюдава бум в развитието на струнната теория и много физици по цял свят неуморно работят по нея. Когато с нейна помощ успяват точно да решат прочут проблем, открит от Стивън Хокинг (Stephen Hawking) през 70-те години — относно ентропията на черните дупки — все повече учени разбират, че трябва да има нещо вярно тук. От 2000-та година насам, обаче, напредъкът намалява.

„Истината остава — чудесата на теорията на струните, въодушевили хората, са все още тук. Най-голямото препятствие е, че не я разбираме напълно: Тя е обещаващ сбор от парченца, които все още не могат да изградят цялостна картина. Но това е теория на квантовата гравитация, съвместима е с всичко, което знаем за частиците, и продължава да ни разкрива удивителни нови начини за възприемане на времето и пространството.”

Отделни части от пъзела продължават да пасват на местата си:
  • Теорията дава множество дълбоки прозрения в областта на чистата математика;
  • Космолозите, занимаващи се с въпроси от далечното минало на Вселената, все по-често се обръщат към нея;
  • Обещаващ нов подход е свързал теорията на струните с динамиката на кварко-глуонната плазма, наблюдавана в ускорителите.
Разбира се, тази теория трябва все някога да получи задоволително експериментално доказателство, за да остане разумна и вярна. Но такова доказателство не може да се поръча — то може да дойде утре, след година или след сто години. Никой не знае. Научана общност с нетърпение очаква пускането на новия ускорител на ЦЕРН — Large Hadron Collider — на който се възлагат надежди да ни отведе отвъд Стандартния модел и може би да даде началото на нова ера във физиката на високите енергии. Стартовата му дата, обаче, беше изместена от тази година към май 2008, заради проблеми.

„Струнната теория няма да изчезне”, казва Шон Карол. „Гравитацията съществува, квантовата механика съществува, и тези двете трябва да бъдат обединени. Амбициозните теоретични физици ще продължат да преследват теорията на струните поне докато не изникне нещо още по-добро — и дори тогава шансовете да има нещо „струнно” в окончателната теория са големи.”

_________________
* Шон Карол е главен асистент в катедра Физика на Калифорнийския технологичен институт. Работи в сферата на теоретичната космология, теория на полето и гравитацията. Пише в блога Cosmic Variance.
** Всички цитати са от статията на Шон Карол, публикувана и в блога му Cosmic Variance. All quotations are from Sean Carroll’s article, posted on his blog Cosmic Variance.

Изображение: източник

0 бр. коментари: