reklama

Čas a priestor v teórii strún

Na malej analógii zo života  ilustrujem pojem duality v teoretickej fyzike a vysvetľujem, prečo na rozdiel od kvantovej teórie poľa časopriestor v teórii strún nemá fundamentálnu povahu.

Písmo: A- | A+
Diskusia  (7)

Dnešní teoretickí fyzici sa delia na dva tábory : strunárov a nestrunárov. Strunári skúšajú pochopiť či tzv. teória strún môže slúžiť ako základná paradigma na popis fyzikálnych javov a nestrunári to neskúšajú a veria tzv. kvantovej teórii poľa ako tej správnej paradigme.

Teória strún sa líši od kvantovej teórie poľa vo viacerých zásadných aspektoch a jedným z nich, ktorému sa budem venovať na tomto blogu je rola pojmov čas a priestor (presnejšie pojmu časopriestor) v obidvoch paradigmách. Zatiaľ čo v kvantovej teórii poľa je časopriestor základným kameňom či vstupom potrebným na vybudovanie teórie, v teórii strún sa časopriestor môže “narodiť” z niečoho hlbšieho. Povedané inými slovami : kvantová teória poľa je vždy pevne spätá s nejakým daným konkrétnym časopriestorom, odohráva sa v ňom a vôbec nemôže byť sformulovaná bez neho, kým v teórii strún má časopriestor štatút niečoho nefundamentálneho, odvodeného či dokonca podružného.

SkryťVypnúť reklamu
Článok pokračuje pod video reklamou

Najjednoduchší spôsob ako pochopiť nefundamentálnosť časopriestoru v teórii strún je pomocou fenoménu tzv. duality. Dualita je veľmi široký pojem, ktorý sa týka tak teórie strún ako aj kvantovej teórie poľa, avšak v prípade strún dualita nezachováva pojem časopriestoru zatiaľ čo v prípade kvantovej teórie poľa ho zachováva. Ilustrujme si však na príklade, čo to taká dualita je :

Kedysi dávno na gymnáziu v Prešove vošiel raz do triedy spolužiak Peter držiac v ruke nejakú perokresbu a namieril si to k spolužiačke Helene.

- Pozri, Hela, čo tam vidíš ? - opýtal sa jej.

Oslovená dievčina hodila okom na obrázok a odpovedala :

SkryťVypnúť reklamu
reklama

- No predsa tvár starého námorníka.

Peter potom otočil kresbu hore nohami a spýtal sa :

- A teraz, čo tam vidíš ?

Hela sa začervenala a povedala :

- Ale choď s tým, ty somár jeden !

Asi si čitateľ domyslí, že obrázok videný hore nohami znázorňoval niečo pikantného, ale keďže nie je cieľom tohoto blogu študovať ľudskú sexualitu, dohodnime sa, že znázorňoval tvár mladej ženy.

Samozrejme, na ten obrázok sa dá objektívne nahliadať ako na množinu istých čiar. Keď sa naň pozrieme z jednej strany, vidíme starého muža, keď z opačnej, vidíme mladú ženu, a keď sa pozrieme zboku, uvidíme iba kliky-háky bez nejakého zjavného významu. No a sme pri koreni pojmu dualita.

SkryťVypnúť reklamu
reklama

Vráťme sa teraz k teoretickej fyzike :

Povedzme, že fyzik A študuje nejakú kvantovú teóriu poľa A a fyzik B kvantovú teóriu poľa B. Na pohľad sa tie teórie môžu zdať byť také rôzne ako tváre starého námorníka a mladej ženy. Napriek tomu sa neraz stane, že ide iba o jedinú teóriu ibaže videnú z rôznych pohľadov. V takom prípade fyzici povedia, že teória A je duálna teórii B (v matematickom jazyku je kvantová teória poľa istý funktor, takže dualita je prirodzená transformácia medzi funktormi A a B). Dôležité však na tom je, že tak kvantová teória poľa A ako aj B žijú v tom istom časopriestore (toto vyplýva už z funktoriálnej povahy kvantovej teórie poľa). Inými slovami pojem časopriestoru v kvantovej teórii poľa je invariantný voči dualite, nezávisí od uhla pohľadu a je preto fundamentálny.

SkryťVypnúť reklamu
reklama

Povedzme teraz, že fyzik C študuje teóriu strún na nejako konkrétnom časopriestore C (tvár starého muža) a fyzik D teóriu strún na nejako inom časopriestore D (tvár mladej ženy). Keď obaja zistia, že študujú z rôznych pohľadov tú istú vec, povedia, že teória strún na časopriestore C je duálna voči teórii strún na časopriestore D. Avšak teraz už pojem časopriestor závisí od uhla pohľadu, nie je invariantný voči dualite a teda nie je fundamentálny. V skutočnosti presne tak ako perokresba na gymnáziu v Prešove obsahovala zároveň dve tváre: starého muža a mladej ženy, podobne naša duálna teória strún obsahuje obidva časopriestory C a D naraz. Avšak tak ako dualita neprenesie nos starého muža na nos mladej ženy (ten starý nos je z pohľadu hore nohami len nejaká čudná zmes čiar), podobne časopriestor C nevyzerá z pohľadu D ako časopriestor, lež ako nejaké čudo. Napríklad lokalizovaný kútik v časopriestore C sa vôbec nemusí nachádzať v časopriestore D. Mimochodom dajú sa tiež zostrojiť teórie strún, na ktoré sa dá pozerať pod nekonečne veľa uhlami a každý z nich dá iný časopriestor, v ktorom sa tá teória zdá žiť.

Už z toho, čo som napísal, by malo byť zrejmé, že teória strún je štrukturálne bohatší objekt ako kvantová teória poľa. Tých štrukturálnych bohatostí je tam viacero a preto niet divu, že mnohých ľudí struny priťahujú esteticky viac ako kvantová teória poľa. Iste, vo fyzike musí rozhodovať pravda a nie estetika. Ibaže nestrunári v súčasnosti neponúkajú nejaký hlboký teoretický prienik do štruktúry paradigmy, ktorej veria (tj. kvantovej teórie poľa), ktorý by navyše vedeli overiť experimentálne, lež sa často uspokojujú iba s dolešťovaním polstoročia starého štandardného modelu. Preto potom idú mnohí mladí v smere strún, keďže radšej chcú stavať s veľkým úsilím vzdušné zámky, ktoré sa snáď podarí niekedy ukotviť pri zemi, než by mali bez väčšej námahy dolešťovať nábytok v dome, ktorý postavili už naši dedovia. Strunári pritom vyrábajú novú vysoko netriviálnu matematiku, a teda si svoj chlieb plne zaslúžia. Viac o strunároch a ich kritikoch napíšem na inom blogu.

Ctirad Klimčík

Ctirad Klimčík

Bloger 
  • Počet článkov:  132
  •  | 
  • Páči sa:  474x

absolvent MFF UK v Prahe, odbor matematická fyzika, PhD získaný v SISSA v Terste, profesor matematiky na Univerzite Aix-Marseille od roku 1997 Zoznam autorových rubrík:  NezaradenéSúkromné

Prémioví blogeri

Post Bellum SK

Post Bellum SK

73 článkov
Adam Valček

Adam Valček

14 článkov
Martina Hilbertová

Martina Hilbertová

49 článkov
Juraj Karpiš

Juraj Karpiš

1 článok
Matúš Sarvaš

Matúš Sarvaš

3 články
reklama
reklama
SkryťZatvoriť reklamu