Dwie strony monety wibrują na tej samej strunie

Albertowi Einsteinowi nigdy nie udało się stworzyć jednolitej teorii wyjaśniającej cały świat w jedną spójną strukturę. W ciągu stulecia badacze połączyli trzy z czterech znanych sił fizycznych w coś, co nazwali Modelem Standardowym. Pozostaje jednak czwarta siła, grawitacja, która nie do końca pasuje do tej zagadki.

A może to tyle?

Dzięki odkryciom i wnioskom fizyków związanych ze słynnym amerykańskim Uniwersytetem Princeton pojawił się cień szansy na pogodzenie teorii Einsteina ze światem cząstek elementarnych rządzonym przez mechanikę kwantową.

Choć nie jest to jeszcze „teoria wszystkiego”, prace przeprowadzone ponad dwadzieścia lat temu i dziś wciąż rozwijane ujawniają zaskakujące prawidłowości matematyczne. Teoria grawitacji Einsteina z innymi dziedzinami fizyki – przede wszystkim ze zjawiskami subatomowymi.

Wszystko zaczęło się od śladów znalezionych w latach 90 Igor Klebanow, profesor fizyki w Princeton. Chociaż właściwie powinniśmy cofnąć się jeszcze bardziej do lat 70., kiedy naukowcy badali maleńkie cząstki subatomowe tzw kwarki.

Fizyków wydało się dziwne, że niezależnie od tego, z jaką energią zderzyły się protony, kwarki nie mogły zostać uwolnione – niezmiennie pozostawały zamknięte w protonach.

Jedną z osób, która pracowała nad tym problemem, był Aleksander Poliakowtakże profesor fizyki w Princeton. Okazało się, że kwarki są „sklejane” ze sobą przez nowo nazwane wówczas cząstki chwalić mnie. Przez pewien czas badacze wierzyli, że gluony mogą tworzyć „struny”, które łączą ze sobą kwarki. Poliakow dostrzegł związek między teorią cząstek a teoria strun., ale nie mógł tego potwierdzić żadnymi dowodami.

W kolejnych latach teoretycy zaczęli sugerować, że cząstki elementarne to tak naprawdę małe kawałki wibrujących strun. Teoria ta okazała się skuteczna. Wizualne wyjaśnienie mogłoby być następujące: tak jak wibrująca struna w skrzypcach wytwarza różne dźwięki, tak drgania strun w fizyce determinują masę i zachowanie cząstki.

W 1996 Klebanov wraz ze studentem (a później doktorantem) Stevena Gubsera i doktorant Amandę Peeta, wykorzystał teorię strun do obliczenia gluonów, a następnie porównał wyniki z teorią strun.

Członkowie zespołu byli zaskoczeni, że oba podejścia dały bardzo podobne wyniki. Rok później Klebanov badał szybkości absorpcji czarnych dziur i stwierdził, że tym razem były one dokładnie takie same. Rok później słynny fizyk Juana Maldaceny odkrył zgodność pomiędzy specjalną formą grawitacji a teorią opisującą cząstki. W kolejnych latach pracowali nad nim inni naukowcy i opracowali równania matematyczne.

Nie wchodząc w zawiłości tych wzorów matematycznych, wszystko sprowadzało się do tego, że Grawitacyjne i subatomowe oddziaływanie cząstek jest jak dwie strony tej samej monety. Z jednej strony jest to rozszerzona wersja grawitacji, zaczerpnięta z ogólnej teorii względności Einsteina z 1915 r. Z drugiej strony jest to teoria, która z grubsza opisuje zachowanie cząstek subatomowych i ich interakcje.

Dzieło Klebanowa kontynuował Gubser, który później został profesorem fizyki na… Uniwersytecie Princeton, oczywiście, ale niestety zmarł kilka miesięcy temu. To on przez wiele lat przekonywał, że wielkie zjednoczenie czterech sił z grawitacją, w tym wykorzystanie teorii strun, może wynieść fizykę na nowy poziom.

Zależności matematyczne trzeba jednak jakoś potwierdzić eksperymentalnie, a z tym sytuacja jest znacznie gorsza. Nadal nie ma eksperymentu, który by to zrobił.

Zobacz także: