Czytaj Fizycy niezachwianie wierzą w istnienie teorii, która mogłaby matematycznie opisywać wszystkie zjawiska fizyczne bez sprzeczności. W teorii strun, jednym z najbardziej obiecujących kandydatów na tę „teorię wszystkiego”, matematycznymi anomaliami można zaradzić tylko wtedy, gdy założymy, że przestrzeń we wszechświecie ma więcej niż trzy wymiary. W New Scientist (31.07.2004) Roger Penrose z University of Oxford wyjaśnia, dlaczego teoria Twistora, którą wprowadził 40 lat temu, może sprawić, że dodatkowe wymiary przestrzeni będą zbędne. W teorii strun najmniejsze elementy składowe naszego wszechświata to małe nitkowate obiekty. Znane fizyczne cząstki elementarne odpowiadają różnym stanom wibracyjnym tych „strun”. Teoria strun ma na celu pogodzenie ogólnej teorii względności z teoriami kwantowymi fizyki cząstek elementarnych. Ponadto ma się nadzieję, że teoria strun dostarczy „skończonych odpowiedzi na wszystkie uzasadnione pytania”? jak to ujmuje Penrose.

Z jednej strony odnosi się to do wymogu kompletności. Teorie kwantowe fizyki cząstek wymagają jako wejściowych 17 parametrów wolnych. Oznacza to, że musisz ustawić 17 liczb, w tym masy niektórych cząstek elementarnych, tak aby teorie działały i poprawnie opisywały wyniki eksperymentów. Jednak fizyka cząstek nie może powiedzieć, dlaczego 17 liczb ma właśnie te wartości.

Z drugiej strony wszystkie wielkości fizyczne, które są obliczane za pomocą teorii wszystkiego, są skończone. Nie może być nieskończonych rozmiarów? tak zwane osobliwości? jak to się dzieje, na przykład, dzieląc dowolną liczbę przez zero. Zarówno teoria względności, jak i teorie kwantowe fizyki cząstek mają problemy z tym drugim wymogiem.

W teorii względności pewne wielkości stają się nieskończenie duże zarówno w opisie czarnych dziur, jak i Wielkiego Wybuchu. To dalsze obliczenie „przez Wielki Wybuch” niemożliwe. Kiedy wielkość fizyczna przyjmuje nieskończoną dużą wartość, fizyka zapada się w tym momencie. Oznacza to, że teoria względności zasadniczo nie może wyjaśnić Wielkiego Wybuchu. Musi zaakceptować go jako dane od Boga. pokaz

Istnieją podobne problemy w teoriach cząstek. Pewne wielkości, takie jak masa lub ładunek elektryczny elektronu, początkowo obliczono jako nieskończenie duże. Jednak za pomocą procedury matematycznej zwanej renormalizacją można tutaj „obliczyć” nieskończoności? ale kosztem darmowych parametrów, które należy wprowadzić w teorię zamiast z niej czerpać.

Teoria strun wydaje się być w stanie uniknąć takich problemów, ale w oryginalnej wersji tylko wtedy, gdy nasza czasoprzestrzeń ma 26 wymiarów. Wraz z wprowadzeniem supersymetrii, która przypisuje „super partnera” do każdej cząstki elementarnej, liczbę tę można zmniejszyć do jednego czasu i dziewięciu wymiarów przestrzeni. Teoretycy strun przyjmują, że dodatkowe sześć wymiarów jest albo „zwiniętych” na najmniejszym promieniu i dlatego nie są przez nas postrzegane, lub że nasz wszechświat jest trójwymiarowym „otrębem” we wszechświecie wyższego wymiaru.

Teorię Twistora autorstwa Penrose'a wprowadził do teorii strun Edward Edward Witten z Institute for Advanced Study w Princeton w ostatnich latach. W teorii Twistora podstawowymi elementami wszechświata nie są czasoprzestrzeń, ale promienie światła między punktami. Czasoprzestrzeń jest zdefiniowana w teorii Twistora przez wszystkie promienie świetlne, które przez nią przechodzą. W teorii Twistora ta dwuwymiarowa wielkość wiązki światła jest podawana jako jednowymiarowa krzywa złożona. Liczby zespolone składają się z normalnej liczby rzeczywistej plus liczby urojonej, takiej jak pierwiastek z minus jeden. Dlatego jednowymiarowa złożona przestrzeń może obejmować informacje o dwuwymiarowej przestrzeni rzeczywistej.

We współczesnych wersjach teorii strun dodatkowe sześć wymiarów przestrzennych jest ułożonych w złożonej trójwymiarowej tak zwanej przestrzeni Calabi-Yau. Tutaj Penrose widzi możliwość dogadania się bez żadnych dodatkowych wymiarów: „Geometryczna zgodność między przestrzenią Twistera i czterowymiarową czasoprzestrzenią specjalnej teorii względności pozwala nam teraz uczynić przestrzeń Twistora dwukrotnie bardziej obowiązkową: jednocześnie spełniając wymagania Przestrzeń kosmiczna i sama czasoprzestrzeń Calabi Yau. ”

Innymi słowy, Penrose wierzy, że jego koncepcja twistor-przestrzeń mogłaby umożliwić wykorzystanie teorii strun w 10 wymiarach? mianowicie unikanie problemów matematycznych? bez konieczności wprowadzania dodatkowych sześciu wymiarów. Byliby po prostu „umieszczeni” w naszych zwykłych wymiarach.

Axel Tilleman

© science.de

Zalecane Wybór Redakcji