Je teória strún skutočná? Výpočty vedcov prinášajú nádej, ktorá môže prepísať fyziku

Teória strún, jedna z najambicióznejších teórií modernej fyziky, zostáva zatiaľ nedokázaná. Aj napriek desaťročiam výskumu a pokroku vedcom stále chýbajú priame experimentálne dôkazy, pretože súčasná technológia nedokáže zachytiť prejavy teórie strún. Nový bootstrapový prístup však prináša nádejný matematický rámec, ktorý môže byť prelomom na ceste k jej potvrdeniu.

Teória strún tvrdí, že základné stavebné prvky vesmíru nie sú častice ako elektróny alebo kvarky, ale extrémne malé, vibrujúce struny energie. Tieto struny v závislosti od ich vibrácií a usporiadania, vytvárajú častice, hmotu, energiu a dokonca aj sily v prírode, ako je gravitácia. Podľa tejto teórie všetko vo vesmíre je vzájomne prepojené a častice, ktoré považujeme za bodové objekty, sú v skutočnosti rozšírené do podoby drobných strún. O téme informoval portál Interesting Engineering.

Teória strún je nedokázaná

Hoci táto predstava ponúka elegantné vysvetlenie základných zákonitostí prírody, teória strún zostáva zatiaľ nepotvrdená. Jej experimentálne overenie je mimoriadne náročné, keďže sa pohybujeme v mierkach oveľa menších, než dokážu naše súčasné zariadenia preskúmať.

Veľkým problémom zostáva neuveriteľne malá veľkosť strún, ktorá sa odhaduje na približne 10⁻³⁵ metra. Pre porovnanie, aj najvýkonnejší urýchľovač častíc na svete, Veľký hadrónový urýchľovač (Large Hadron Collider), dokáže detegovať objekty iba do veľkosti 10⁻²⁰ metra. Aby sa vedci priblížili k tejto teórii, tím výskumníkov zvolil teoretický prístup pomocou tzv. bootstrapového modelu, ktorý im umožňuje skúmať struny nepriamo.

Bootstrapový prístup využíva základné fyzikálne princípy a logické pravidlá na opísanie systému, namiesto toho, aby sa snažil rekonštruovať celý systém od základov. Ako vysvetlil člen tímu, Remmen, postdoktorand na Newyorskej univerzite, bootstrap funguje ako „matematická štruktúra, ktorá umožňuje objavovať vlastnosti systému bez detailného poznania jeho základnej dynamiky“.

Časť chýbajúcej hmoty vo vesmíre. NASA/CXC/CfA/A. Sarkar; Optical: NSF/NOIRLab/WIYN

Dôležitý krok

Výskumníci začali s niekoľkými jednoduchými pravidlami. Nič nemôže okamžite ovplyvniť niečo vzdialené. Vplyvy ako sily sa šíria časom, čím je zachovaná kauzalita. V kvantovej mechanike musia všetky možné výsledky vždy dosiahnuť 100 %, pričom pravdepodobnosti nikdy nemôžu byť negatívne.

Tieto princípy vedci aplikovali na rozptylové amplitúdy, matematické rovnice, ktoré opisujú pravdepodobnosť, že sa častice po zrážke odrazia určitým spôsobom. Prekvapivo, výsledok bootstrapového modelu priniesol tzv. Venezianovu amplitúdu, rovnicu, ktorá presne opisuje interakciu strún.

Kým vedci vyvinú urýchľovač častíc dostatočne výkonný na to, aby detegoval samotné struny, zostáva priestor na ďalšie teoretické modelovanie. Tím plánuje rozšíriť bootstrapový model tak, aby zahŕňal rozptyl viacerých častíc (súčasná štúdia sa zameriava len na interakciu dvoch častíc). Takéto kroky by mohli priniesť ďalšie významné indície, ktoré by teóriu strún upevnili.