Dwie strony medalu drgające na jednej strunie
A może jednak się daje?
Dzięki odkryciom i wnioskom fizyków związanych ze znanym amerykańskim Uniwersytetem Princeton, widać obecnie cień szansy na pogodzenie einsteinowskich teorii z rządzonym przez mechanikę kwantową światem cząstek elementarnych.
Choć nie jest to jeszcze "teoria wszystkiego", to prace przeprowadzone ponad dwadzieścia lat temu i wciąż uzupełniane ujawniają zaskakujące matematyczne związki teorii grawitacji Einsteina z innymi dziedzinami fizyki - przede wszystkim ze zjawiskami subatomowymi.
Wszystko zaczęło się od śladów odnalezionych w latach 90. XX wieku przez Igora Klebanowa, profesora fizyki z Princeton. Choć tak naprawdę należałoby sięgnąć jeszcze głębiej, do lat 70., kiedy to naukowcy badali maleńkie subatomowe cząsteczki zwane kwarkami.
Fizycy uznali, że dziwne jest to, iż bez względu na ilość energii, z jaką zderza się protony, nie sposób uwolnić kwarków - pozostają one niezmiennie zamknięte wewnątrz protonów.
Jedną z osób pracujących nad tym zagadnieniem był Aleksander Poliakow, również profesor fizyki z Princeton. Okazało się, że kwarki są "sklejone" przez nowe wówczas cząstki, nazwane gluonami. Przez jakiś czas badacze uważali, że gluony mogą się składać w "struny", które wiążą kwarki wzajemnie ze sobą. Poliakow dostrzegł związek między teorią cząstek a teorią strun, ale nie potrafił tego poprzeć żadnymi dowodami.
W kolejnych latach teoretycy zaczęli wysuwać przypuszczenia, że cząstki elementarne są w rzeczywistości małymi kawałkami drgających strun. Teoria ta zaczęła święcić sukcesy. Jej obrazowe wytłumaczenie może być takie: podobnie jak wibrująca struna w skrzypcach daje początek różnym dźwiękom, tak samo wibracje strun w fizyce decydują o masie i zachowaniu cząstki.
W 1996 r. Klebanow, wraz ze studentem (a późniejszym doktorantem) Stevenem Gubserem oraz współpracowniczką badań podoktoranckich Amandą Peet, wykorzystał teorię strun do przeprowadzenia obliczeń dotyczących gluonów, a następnie porównał wyniki z teorią strun dotyczącą czarnej dziury.
Członkowie zespołu byli zaskoczeni, że oba podejścia przyniosły bardzo podobny wynik. Rok później Klebanow badał wskaźniki absorpcji przez czarne dziury i stwierdził, że tym razem dokładnie się zgodziły. Jeszcze rok później znany fizyk Juan Maldacena wykrył zgodność pomiędzy specjalną formą grawitacji a teorią opisującą cząsteczki. Przez następne lata kolejni naukowcy pracowali nad tym i rozwijali matematyczne równania.
Nie wnikając w zawiłości owych matematycznych formuł, wszystko to sprowadzało się do tego, że oddziaływania grawitacyjne i subatomowe oddziaływania cząstek są jak dwie strony tego samego medalu. Po jednej stronie znajduje się rozszerzona wersja grawitacji, zaczerpnięta z ogólnej teorii względności Einsteina z 1915 r. Z drugiej strony jest to teoria, która w przybliżeniu opisuje zachowanie się cząstek subatomowych i ich interakcji.
Kontynuatorem pracy Klebanowa był Gubser, który z czasem został profesorem fizyki na Uniwersytecie… Princeton oczywiście, ale kilka miesięcy temu niestety umarł. To on przez lata przekonywał, że wielka unifikacja czterech oddziaływań z grawitacją, włącznie z wykorzystaniem teorii strun, może przenieść fizykę na nowe poziomy.
Jednak matematyczne relacje muszą zostać w jakiś sposób potwierdzone eksperymentalnie, a z tym jest znacznie gorzej. Wciąż nie wymyślono eksperymentu, który potrafiłby to zrobić.
Mirosław Usidus
