Tragom zvezda

Ajnštajnova zaostavština II deo

Koliko nam je danas poznato, svi vremeplovi poštuju zakone fizike. Naravno, treba doći do tolikih energija i pokazati da su crvotočine stabilne pod kvantnim uticajem i da neće eksplodirati ili se zatvoriti čim uđemo u njih. Treba napomenuti da vremenski paradoksi koje bi vremeplovi omogućili, možda imaju rešenje. Pošto je Ajnštajnova teorija zasnovana na glatkim, zakrivljenim Rimanovim površima, nećemo prosto nestati kada se vratimo u prošlost i izazovemo vremenski paradoks. Postoje dva moguća rešenja vremenskih paradoksa. Prvo ako reka vremena može imati virove, možda ćemo da ispunimo prošlost kada zaplovimo vremeplovom. To znači da prošlost ne možemo izmeniti – samo ćemo je ponoviti. Drugo rešenje je da se reka vremena podeli u dva toka, čime se otvaraju vrata paralelnog kosmosa.

Priroda je jedinstvena – stoga je realno očekivati da postoji i objedinjena teorija prirode

Ajnštajnu je bila najdraža objedinjena teorija polja. On je jednom prilikom Heleni Dukas rekao da će za sto godina fizičari možda shvatiti šta je radio. Pogrešio je. Nije prošlo ni pedeset godina, a objedinjena teorija polja je u centru fizike. Potraga za objedinjenjem, nekada smatranim nedostižnim, danas dobija razmere „zlatne groznice“ u svetu fizike. Nakon dva milenijuma istraživanja svojstava materije, još otkad su se Demokrit i njegovi zemljaci u antičkoj Grčkoj zapitali od čega je sazdan kosmos, fizika je iznedrila dve sasvim neuskladive teorije. Prva je kvantna mehanika jedinstvena po načinu opisivanja sveta atoma i subatomskih čestica. Druga je Ajnštajnova teorija relativiteta, koja nas je dvodila do zapanjujućih otkrića o crnim rupama i kosmosu koji se širi. Paradoksalno je da ove dve teorije nemaju ništa zajedničko. Zasnivaju se na različitim pretpostavkama, matematičkim principima i fizičkim slikama. U osnovi kvantne mehanike stoje kvanti, diskretni paketi energije i ples subatomskih čestica. Teorija relativnosti se zasniva na neprekidnim površinama. Najnaprednija verzija kvantne fizike danas je definisana u okviru standardnog modela i slaže se sa rezultatima subatomskih eksperimenata. To je najuspešnija teorija u prirodi, jer od četiri osnovne sile može objediniti tri. Pramda vrlo uspešan standardni model ima dve mane. Najpre, nepodonošljivo je ružan, to je najružnija teorija u istoriji nauke. Grubo spaja elektromagnetnu, slabu i jaku silu. Drugo standardni model obuhvata zbunjujuću, šaroliku družinu subatomskih čestica čudnih, besmislenih imena poput kvarkova, Higsovog bozona, Jang-Milsovih čestica, W-bozona, gluona i neutrina. Još grđe je što uopšte ne pominje gravitaciju. Kada pokušate da ugurate gravitaciju standardni model, on se raspada i daje besmislene rezultate. Svi pokušaji da se kvantna i relativistička teorija združe bili su neuspešni. Ali bez obzira na sve estetske nedostatke kvantne fizike, jedno je sigurno – nepogrešiva je na eksperimentalnom planu. Jasno je da se mora otići dalje od standardnog modela i preispitati Ajnštajnov pristup objedinjenju.

Teorija superstruna je vodeći kandidat za teoriju svega

Posle pedeset godina, vodeći kandidat za veliku objedinjenu teoriju je teorija superstruna. Vajnberg je jednom rekao da su mape drevnih moreplovaca redom ukazivale na postojanje legendarnog Severnog pola, vekovima pre nego što je Robert Piri 1909. godine stupio na Arktik. Slično tome, sva otkrića na polju fizike čestica upućuju na postojanje kosmičkog Severnog pola, odnosno objedinjene teorije. Teorija superstruna uspeva da apsorbuje sve kvalitete kvantne teorije i relativističke teorije na krajnje iznenađujući način. Teorija superstruna materiju svodi na muziku. Ajnštajnu, izvrsnom violinisti bi se to nesumnjivo svidelo. Pedesetih godina prošlog veka, fizičari su očajnički pokušavali da daju smisao subatomskim česticama, pošto su neprekidno otkrivane nove. Robert Operhajmer je jednom rezigniran rekao da Nobelovu nagradu treba dati onom fizičaru koji ne pronađe ni jednu novu česticu. Subatomske čestice su dobijale mnogo čudnih grčkih imena da je i Enriko Fermi rekao „ Da sam znao da će biti toliko čestica s grčkim imenima, postao bi botaničar a ne fizičar“. Po teoriji struna, ako bi kroz supermikroskop pogledali direktno elektron, ne biste naišli na čestice već na vibrirajuću strunu. Vibrirajući na različite načine ili drugačijim tonovima, superstruna se pretvara u razne subatomske čestice. Po takvoj predstavi, subatomske čestice koje srećemo u prirodi mogu se posmatrati kao najniža oktava superstruna. Zakoni hemije, tako zbunjujući i naizgled proizvoljni, melodije su koje proizvode superstrune. A zakoni fizike nisu ništa drugo do harmonija superstruna. Fizičar Edvard Viten smatra da Ajnštajn nije izumeo teoriju relativiteta, da bi je iznedrila teorija struna. Međutim, teorija struna vodi do novih, iznenađujućih zaključaka. Strune se mogu konzistentno kretati samo u 10 dimenzija (devet prostornih i jedna vremenska). Teorija struna je zapravo jedina koja zahteva tačno određenu prostorvremensku dimenzionalnost. Poput Kaluca-Klajnove teorije iz 1921. godine, ona uspeva da objedini elektromagnetizam i gravitaciju uz pretpostavku da više dimenzija mogu da vibriraju, stvarajući sile koje su u stanju da se prostiru kroz tri dimenzije poput svetla. Ako dodamo jedanaestu dimenziju, prema teoriju struna moguće je vibriranje membrana u hiperprostoru. To je takozvana M-teorija koja obuhvata teoriju struna.

Šta bi Ajnštajn o ovome mislio ? Pa pretpostavljam da bi bio zadovoljan ako ničim drugim onda pravcem u kome se teorija kreće. Verujem da bi mu se svideo jedan, geometrijski princip na kojem je zasnovana teorija. Ajnštajnova teorija relativiteta, na kraju krajeva izvire iz geometrije. Suština Ajnštajnove genijalnosti ležala je u njegovoj sposobnosti da izdvoji ključne simetrije u svemiru koje objedinjuju zakone prirode. Simetrije koje objedinjuju prostor i vreme jesu Lorentzove transformacije ili rotacija u četiri dimenzije. Simetrija u osnovi gravitacije je opšta kovarijansa ili je čine proizvoljne transformacije prostorvremenskih koordinata. Treći Ajnštajnov okušaj da zaokruži veliku objedinjenu teoriju propao je najviše zbog toga što mu je nedostajala simetrija koja bi objedinila gravitaciju i svetlost. On je naravno odmah shvatio da mu treba temeljno načelo koje bi ga vodilo neprohodnim stazama tenzorskog računa. „Verujem da ponovo moramo iznaći opšte prirodno načelo kako bismo zaista napredovali“ – rekao je jednom prilikom. Upravo to omogućava teorija superstruna. Simetrija koja se nalazi u osnovi superstruna naziva se supersimetrija. To je čudna i predivna simetrija koja objedinjuje materiju i silu. Kao što znamo, subatomske čestice imaju svojstvo koje se zove spin, jer podesećaju na igre koje se vrte. Elektroni, protoni, neutroni i kvarkovi koji sačinjavaju materiju u kosmosu imaju spin ½ i nazvani su fermioni, po Enriku Fermiju. Kvanti sila zasnovani su na elektromagnetizmu (sa spinom 1) i gravitaciji (sa spinom 2). Oni imaju celobrojni spin i zovu se bozoni. Supersimetrija objedinjuje fermione i bozone. U stvari supersimetrija dozvoljava postojanje novog tipa geometrije koji iznenađuje sve. Taj novi tip je nazvan superprostor. U ovom novom pristupu moramo da uopštimo stare dimenzije prostora i vremena kako bismo obuhvatili nove fermionske dimenzije. One omogućavaju da proizvedemo supersilu od koje su potekle sve sile u trenutku stvaranja kosmosa.

Ajnštajn se prostorima bavio još u dvadesetim i tridesetim godinama prošlog veka, ali je nailazio na šumu čudnih, uvrnutih prostora i tu se negde pogubio. Nedostajalo mu je fizičko načelo da ga izbavi iz matematike u koju se zapetljao. Danas se veruje da su u trenutku Velikog praska sve simetrije sveta bile objedinjene, kao što je i Ajnštajn verovao. Četiri sile prirode su bile objedinjene u jednu supersilu a kasnije su se razdvojile dok se kosmos hladio. Edvard Viten veruje da će teorija struna dominirati fizikom u narednim decenijama ali ova teorija ima si svoje mane. Kao prvo, nije moguća neposredna , eksperimentalna potvrda. Pošto je ta teorija u stvari teorija kosmosa, jedini način da se ona roveri je da se dođe do Velikog praska, tj. stvaranja energije prilikom razbijanja atoma koja bi bila približno ravna onoj prilikom postanka kosmosa. To bi zahtevalo uređaje za razbijanje atoma veličine galaksije, što je van domašaja čak i naprednijih civilizacija. Ispitivanja koja se odvijaj u Cernu za cilj imaju da pronađu novu vrstu čestice – superčesticu – koja će predstavljati višu rezonancu ili oktavu superstrune. Ima pretpostavki da bi se i tamna materija mogla sastojati od superčestica. Na primer, partner fotona, nazvan „fotino“ električno je neutralan, stabilan i ima masu. Kada bi kosmos bio ispunjen gasom fotina, ne bismo mogli da ih vidimo, ali bi se oni ponašali slično kao tamna materija. Ako ikada otkrijemo pravu prirodu tamne materije, ona će možda posredno potvrditi teoriju superstruna. Drugi način za posrednu potvrdu su već spominjani gravitacioni talasi nastali prilikom Velikog praska. Kada budu lansirani LISA detektori, oni će moći da uhvate gravitacione talase emitovane jedan hiljadumilijarditi deo sekunde nakon Velikog praska. Ako bude u saglasnosti s predviđanjima teorije struna, ovaj opit bi mogao jednom za svagda da potvrdi tu teoriju. M teorija bi takođe mogla da objasni neke zagonetke u vezi sa starim Kaluca-Klajnovim univerzumom. M-teorija pruža moguće rešenje dimenzija pretpostavljajući da je naš kosmos membrana koja pluta u beskonačnom jeanaestodimenzionalnom hiperprostoru. Tako bi atomi i subatomske čestice bile ograničene na našu membranu ali bi gravitacija, kao zakrivljenost hiperprostora mogla slobodno da teče između dva kosmosa. Ova hipoteza, čak može i da se proveri.

Još od Njutna verujemo da gravitacija opada sa kvadratom rastojanja. U četiri prostorne dimenzije, gravitacija bi trebalo da opada sa kubom rastojanja. Prema tome, merenjem malih nepravilnosti u odnosu na zakon obrnute kvadratne proporcije, moglo bi se ustanoviti prisustvo drugih kosmosa. Pojavila se i pretpostavka da ukoliko postoji paralelni kosmos, samo milimetar udaljen od našeg kosmosa, on bi mogao da bude kompatibilan sa Njutnovom gravitacijom i LHC bi mogao da ga detektuje. Paralelni kosmosi bi mogli da pruže još jedno objašnjenje tamne materije. Ako bi u našem susedstvu postojao neki kosmos, ne bi mogli da ga vidimo ali bi osećali njegovo gravitaciono dejstvo. Pravi problem dokazivanja tačnosti teorije superstruna nije eksperiment. Problem je čisto teorijski. Ako smo dovoljno pametni da rešimo teoriju, trebalo bi da budemo kadri da iznađemo sva rešenja koja obuhvataju naš kosmos sa svojim zvezdama, galaksijama, planetama i ljudima. Za sada se nije rodio toliko pametan čovek. Ali možda jednog dana će se pojaviti neko ko će reći da je uspeo. Tada će biti jasno da li je teorija struna teorija svega ili teorija ničega. Jer teorija struna je do te mere precizna, bez parametara koji se mogu podešavati tako da nema ničega između. Da li će teorija superstruna ili M teorija omogućiti da objedinimo zakone prirode u jednu jednostavnu usaglašenu celinu čem je Ajnštajn težio ? Odgovor za sada nemamo. Ali Ajnštajn je jednom rekao „ Kreativno načel obitava u matematici. Smatram kako mora biti istinito da se čistim razmišljanjem može spoznati stvarnost, kao što su maštali drevni mudraci“ .

RSS
Follow by Email
Facebook
Twitter