Symetrie a krása v moderní fyzice

Udivujícím rysem vesmíru je jeho jednoduchost – je mnohem méně komplikovaný, než se dříve myslelo. V jistém smyslu jsme uzavřeli kruh, či spíše oběhli závit spirály.
Před Newtonem vědci věřili, že vesmír je dokonale uspořádaný a strukturovaný. Po bouři na konci 19. století, ze které se zrodila teorie relativity a kvantová mechanika, se fyzika zdála být chaotická a zamotaná. Dnes se vracíme k představě spořádaného vesmíru, i když na vyšší a rafinovanější úrovni.
Teorie superstrun ukazuje, že ve fyzice hraje klíčovou roli symetrie. Na jedné straně jsme zjistili, že sama symetrie nestačí k odvození fyzikálních zákonů. Na druhé straně si někteří vědci myslí, že krása založená na fyzikálních důkazech je v teoretické fyzice podivuhodně spolehlivým vůdcem. Opět slovy Johna Schwarze: „Historie nás učí, že krása je při zkoumání zákonů na fundamentální úrovni výborným vodítkem. V biologii to asi nefunguje, ale když se dostáváme k struktuře fundamentální fyziky na té nejhlubší úrovni, pak z důvodů, pro které nikdo nemá vysvětlení, má vaše schéma tím větší naději na úspěch, čím je jednodušší a elegantnější. O tom jasně vypovídají celé dějiny fyziky za posledních dvě stě či tři sta let, počínaje Newtonovými časy.“
Zjišťujeme, že příroda použila ke stavbě vesmíru mnohem jednodušší, ale důmyslnější mechanismus, než jsme se dříve domnívali. Matematika, která jej popisuje, je vrcholně obtížná. Avšak fyzikální principy, které se za ní skrývají, jsou mnohem jednoduší, než by se dalo předpokládat na základě chaotických dat, kterými nás zásobují urychlovače částic.
Příroda se navíc jeví logicky mnohem kompaktnější, než tomu bylo kdykoli dříve. Neodborník, který chtěl získat představu o hlavních myšlenkách moderní fyziky, si musel něco přečíst o černých dírách, laserech, kvarcích, kvantové mechanice, elektromagnetismu atd. Student fyziky musel nastudovat nejméně dvacet tlustých učebnic, aby se orientoval v hlavních trendech oboru. Dnes však stačí napsat jednu knihu, jež obsahuje vyčerpávající, koherentní přístup k celému oboru a základní myšlenky zmíněných mnoha svazků shrnuje do představitelných, názorných obrazů. Podobný záměr má i tato kniha.
Tím největším poučením z vývoje fyziky v několika posledních desetiletích je zjištění, že příroda neshledává při budování fyzikálních struktur symetrii jen jako užitečnou, nýbrž ji nekompromisně vyžaduje. Krátce po sňatku kvantové mechaniky a relativity se zjistilo, že na toto manželství číhá řada nástrah – přímo minové pole anomálií, divergencí, tachyonů pohybujících se nadsvětelnou rychlostí, „duchů“, tedy částic, jejichž pravděpodobnost výskytu je záporná, a řady dalších neduhů, jejichž vyléčení může zajistit jen symetrie vysokého stupně.
Jednoduše řešeno, teorie superstrun „funguje“ proto, že má mnohem vyšší symetrii, než jakou měl kterýkoli předchozí fyzikální model. Tato veliká množina symetrií, která se přirozeně objeví, jakmile přejdeme od popisu na základě bodů k jednorozměrným strunám, stačí k vyloučení anomálií a divergencí.
Teorie superstrun v jistém smyslu odstraňuje potíž renormalizační teorie, na kterou upozorňoval Dirac. Vadil mu kouzelnický trik, kterým Feynman a další nechali nekonečna zmizet v propadlišti, a celá renormalizační teorie mu připadala tak umělá, že ji nemohl přijmout jako základní přírodní princip. Skutečně se Feynmanovi, šprýmaři a amatérskému kouzelníkovi, podařilo ošálit celou generaci fyziků? Teorie superstrun se Diracova námitka netýká, protože v ní není žádná renormalizace třeba. Všechny Feynmanovy smyčkové diagramy dávají konečné hodnoty v důsledku vysoké symetrie, která je v teorii zabudována.

Tento text je úryvkem z knihy
Michio Kaku a Jennifer Thompsonová
Dále než Einstein: Hledání teorie vesmíru
Argo a Dokořán, nové vydání 2022
O knize na stránkách vydavatele

obalka-knihy

Poznámka PH: Zrovna na této knize se podle mého názoru již ovšem delší doba od prvního vydání podepsala…

Korelace vs. kauzalita

V roce 2009 oznámil tým odborníků z Googlu v jednom z nejvýznamnějších vědeckých časopisů na …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close