Teorija struna – nastanak i razvoj

Jun 24, 2014 by

gabriele-veneziano-cover

Gabriele Veneziano

                     Sveti Gral fizike -Teorija svega, zvuči zanosno? Pa, možda, no ipak se ne smemo previše opuštati jer ono što zvuči zanosno ne mora biti nužno moguće niti realno, ili možda ipak jeste? Ako ste se kojim slučajem zatekli u 1968. godini i pitali teorijskog fizičara Gabrijela Venecijana, odgovor na ovo pitanje bi verovatno bio: “ne znam”.

Venecijano, mladi fizičar tada zaposlen u CERN-u, nije ni sanjao da će te, 1968. godine otvoriti vrata za postavljanje teorije koja je možda i najozbiljniji kandidat za teoriju svega.  On je, pokušavajući da otkrije smisao zapaženih svojstava jake nuklearne sile, zapazio da Ojlerova beta funkcija (koju je definisao švajcarski fizičar Leonard Ojler nekih 200-nak godina ranije) opisuje mnogobrojna svojstva čestica u jakoj interakciji. Ovo Venecijanovo oktriće pokrenulo je brojna istraživanja koja su imala za cilj primenu Ojlerove beta funkcije i uopštavanje podataka sa brojnih akceleratora čestica širom sveta. Pokazalo se da je Ojlerova funkcija zanimljiva iz još jednog razloga – funkcionisala je iako niko nije znao zašto. Na ovo pitanje su dve godine kasnije, 1970. godine, odgovor dali Joiširo Nambu sa Čikaškog univerziteta, Holger Nilsen sa Instituta Nils Bor i Leonard Saskind sa Univerziteta Stenford predstavljajući do tada nepoznatu fiziku koja se krila iza Ojlerove funkcije. Oni su u svojim radovima pokazali da bi se nuklearne interakcije mogle tačno prikazati Ojlerovom funkcijom kada bi se one posmatrale kao male vibrirajuće jednodimenzione strune umesto kao tačkaste čestice kako to predviđa standardni model čestica. Ove strune bi bile dovoljno male da bi izgledale kao tačkaste čestice i tako bile usklađene sa eksperimantalnim zapažanjima. Ovako posmatrana, ideja je dala zadovoljvajuću i vrlo jednostavnu teoriju, međutim pokazalo se da ta ideja ipak ima nedostatke. Početkom sedamdesetih godina eksperimenti sa visokim energijama doneli su predviđanja koja su prema modelu struna u direktnoj suprotnosti sa dobijenim rezultatima. Ovo je značilo kraj za model struna i on je bio odbačen delom zbog toga što nije mogao tačno da predvidi rezultate eksperimenata, a delom i zbog toga što se u isto vreme razvijala i teorija o kvantnom polju tačkastih čestica za kvantnu hromodinamiku kojom su se daleko uspešnije predviđala i objašnjavala svojstva jake interakcije.

Uprkos tome što je među fizičarioma vladalo mišljenje da teorija struna nije dovoljno interesantna i da je ne treba dalje razvijati već se okrenuti drugim, boljim teorijama, neki su fizičari nastavili rad na strunama. Jedan od problema koji su oni imali sa ovom teorijom bilo je to što je ona bila nesaglediva, obuhvatala je vibracije struna koje opisuju svojstva gluona što je potvrđivalo njenu prvobitnu namenu da opiše svojstva jake interakcije, ali je takođe obuhvatala i vibracije koje su opisivale čestice koje su se ponašale kao prenosioci i nisu imale veze sa eksperimentalnim istraživanjima  jake interakcije.

1974. godine Švarc i Džoel Šerk sa Ecole Normale Supérieure ovaj nedostakak su pretvorili u prednost proučavajući prenosne  vibracije struna. Pomenute vibracije savršeno su odgovarale hipotetičkim česticama gravitacione interakcije – gravitonima. Kako gravitoni još nisu opaženi pa se njihova svojstva ne mogu direktno posmatrati teoretičari ipak mogu prilično pouzdano da pretpostave  njihova osnovna svojstva, a Šerk i Švarc su otkrili da ona odgovaraju određenim vibracijama struna. Ovo ih je navelo na tvrdnju da su ostali fizičari prerano odbacili teoriju struna neosnovano je ograničavajući samo na jaku interakciju pošto ona obuhvata i gravitaciju.

Fizičari nisu prihvatili sugestiju i ignorisali su rad Švarca i Šerka.  Razlog za to je između ostalog bila i činjenica da su mnogi pokušaji ujedinjenja gravitacije i kvantne mehanike propali, pa je tadašnjim fizičarima bilo sasvim opravdano zaključiti da će i teorija struna doživeti istu sudbinu. Drugi razlog je početni neuspeh teorije da objasni jaku interakciju što nikako nije ulivalo poverenje, posebno ne da je ona ima potencijala da objasni i veće probleme od jake interakcije. Skepsa fizičara se tada pokazala sasvim opravdana jer se kasnih sedamdesetih i ranih osamdesetih pokazalo da postoji izvesna neusaglašenost između teorije struna i kvantne mehanike.

Ovakvo stanje potrajalo je do 1984. godine kada su Švarc i Grin objavili da se neusaglašenost između kvantne mehanike i teorije struna može otkloniti.  Oni su pokazali da teorija struna ima dovoljno širine da obuhvati sve 4 sile i celokupnu materiju. Njihova objava izazvala je pravu buru među fizičarima jer su mnogi napustili teorije ne kojima su tada radili i prepustili se proučavanju teorije struna. Interesovanje za strune je ponovo bilo probuđeno i to, činilo se, jače no ranije.

Dvogodišnji period (1984.- 1986. godine) postao je poznat kao “prva revolucija struna” i u tom periodu je napisano preko hiljadu radova o strunama. Fizičari iz celog sveta pokazivali su kroz svoje radove da mnogobrojne čestice iz standardnog modela proističu iz teorije struna. Može se čak reći da su se mnoga svojstva daleko potpunije objašnjavala strunama nego standardnim modelom. Teorija struna je u svom novom zamahu sada pružala uverenje velikom broju fizičara da se razvija u pravom smeru i da predstavlja odličnog kandidata za tron objedinjene teorije svega.

Edward Witten

Edward Witten

Iako se dobro razvijala, teorija struna ipak nije bila lišena problema. Najveći problem sa kojim su se fizičari susretali je bila kompleksnost njene matematike, neke jednačine teorije struna ni danas nije moguće odrediti precizno već samo aproksimativno. Na žalost ovakvo stanje je početni zalet usporilo toliko da je on skoro stao, teorija struna ponovo se našla u ćorsokaku jer se pokazalo da pojedine aproksimacije nisu  bile u stanju da odgovore na neka osnovna pitanja, a nije bilo ponuđeno nijedno rešenje za otklanjanje tog problema. Fizičari koji su napustili svoja dotadašnja istraživanja da bi radili na teoriji struna sada su se vratili njima a oni preostali nisu gubili nadu i nastavili su dalji rad na teoriji.

Ovakvo stanje stvari održalo se sve do 1995. godine kada je Edvard Viten održao predavanje na Univerzitetu južne Kalifornije koje je zadivilo prisutne fizičare i započelo “drugu revoluciju struna”. Na ovom predavanju Viten je predložio plan preduzimanja daljih koraka u razvijanju teorije struna nakon čega su fizičari počeli sa ubrzanim istraživanjem novih metoda koje bi mogle da reše probleme koji su se do tada nalazili pred teorijom.  Dalji rad na strunama doveo je tehničke sposobnosti fizičara do krajnih granica ali interesovanje za strune nije prestalo do današnjih dana.

Social Comments

Related Posts

Tags

Share This

Leave a Reply