Teorie superstrun

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Teorie superstrun je jednotná teorie vesmíru, která přepokládá, že základními stavebními kameny přírody nejsou částice s nula rozměry, nýbrž jednorozměrné struny, které vibrují různými způsoby, odpovídajícími různým druhům částic. Veškeré interakce se redukují na spojování a rozpojování strun. Elegantně a harmonicky sjednocuje teorie velkého a malého, tedy obecnou teorii relativity (OTR) a kvantovou mechaniku (KM), které jsou jinak neslučitelné. Podle teorie superstrun (M-teorie) má vesmír namísto nám dobře známých čtyř rozměrů 11 rozměrů, jeden časový a deset prostorových. Dodatečné rozměry jsou ovšem svinuty do variety malé velikosti, v důsledku čehož unikají přímému pozorování.

V současné době existuje pět konzistentních, ale vzájemě se lišících teorií superstrun. Tyto teorie jsou však pevně svázány dualitami, objevenými ve druhé superstrunové revoluci, tedy v roce 1995. Pomocí těchto dualit sjednocuje tyto teorie tzv. M-teorie. M-teorie může existovat v 11 dimenzích časoprostoru. Mnoho vlastností M-teorie ale ještě čeká na vysvětlení.

[editovat] Co vysvětluje teorie superstrun

Elementární částice jsou uspořádány do 3 rodin podle hmotností. Standardní model nemá pro toto žádné vysvětlení. Teorie strun tvrdí, že rodiny částic jsou dány strukturou prostoročasu: Kmity strun jsou omezeny prostorem, ve kterém kmitají. Tři rodiny částic vzniknou tehdy, pokud jsou nadbytečné prostory (ty, které nevidíme) svinuty do variety, která obsahuje tři otvory. Naneštěstí takových variet existuje velmi mnoho, a my nevíme, jakou geometrii prostor má, takže nejsme schopni v této oblasti žádné předpovědi.

Superstrunová teorie je teorií elementárních částic a z výpočtů vychází i nehmotná částice se spinem 2. Takovéto vlastnosti by měl mít graviton, takže strunová teorie je adeptem na to stát se teorií gravitace.

Superstrunná teorie pomáhá popsat období krátce po velkém třesku a vysvětluje entropii černé díry.

[editovat] Přehled strunových teorií

Fyzikové byli zneklidněni existencí pěti různých strunových teorií. Během superstrunové revoluce se ukázalo, že tyto teorie jsou limitními případy jedné teorie, M-teorie, která předpokládá 10 prostorových a 1 časový rozměr.

Strunové teorie
Typ	Prostoročasové rozměry	Detaily
Bosonová	26	Pouze bosony, žádné fermiony, to znamená pouze síly, žádná hmota, s otevřenými i uzavřenými strunami; hlavní chyba teorie: částice s imaginární hmotností, nazvané tachyony
I	10	Supersymetrie mezi silami a hmotou, s otevřenými i uzavřenými strunami, žádné tachyony, groupová symmetrie je SO(32)
IIA	10	Supersymetrie mezi silami a hmotou, pouze s uzavřenými strunami, žádné tachyony, nehmotné fermiony mají spin v obou směrech (nechirální)
IIB	10	Supersymetrie mezi silami a hmotou, pouze s uzavřenými strunami, žádné tachyony, nehmotné fermiony mají spin pouze v jednom směru (chirální)
HO	10	Supersymetrie mezi silami a hmotou, pouze s uzavřenými strunami, žádné tachyony, heterotická, význam strun pohybujících se vlevo a vpravo se liší, grupová symetrie je SO(32)
HE	10	Supersymetrie mezi silami a hmotou, pouze s uzavřenými strunami, žádné tachyony, heterotická, význam strun pohybujících se vlevo a vpravo se liší, grupová symmetrie je E₈×E₈

[editovat] Struny a brány

Kromě jednorozměrných strun předpokládá teorie také existenci vícerozměrných útvarů, p-brán. Konce otevřených strun se mohou pohybovat pouze po bráně.

[editovat] Experimentální ověření

Zatím neexistuje, s nadějí se očekává uvedení do provozu LHC. Fyzikové doufají, že by mohly být s jeho pomocí objeveny vysoce energetické supersymetrické částice, které teorie předpovídá.

Další možností ověření teorie je přímé pozorování obří superstruny ve vesmíru. Takováto struna by mohla vzniknout v ranných fázích vesmíru a nyní by se mohla při pozorování jevit jako gravitační čočka. Existují neověřené zprávy o takovémto pozorování.