[Cytadela] Teoria jeszcze-nie-tak-całkiem-wszystkiego

Adam_Jesion(BOT) · 11 Lipca 2009

O ile czarne dziury, o których był wpis poprzedni a których samo istnienie dla niektórych to sprawa mimo wszystko ciągle dość kontrowersyjna, to dzisiejszy temat polaryzuje opinie naukowców i pasjonatów bez porównania znacznie bardziej. Powracamy bowiem do zagadnienia frapującego, jakim niewątpliwie jest teoria strun. Dla wielu synonim ślepego zaułka, w którym znaczna część współczesnych fizyków teoretyków błądzi bezradnie od kilkudziesięciu lat, dla innych znowuż niedoceniana kandydatka na wymarzoną przez wielu “Teorię Wszystkiego”, której poszukiwał całe swe życie niezapomniany Einstein. Nie mojej osobie oceniać, które stronnictwo bliższe jest prawdy, choć nigdy nie ukrywałem, że w moim mniemaniu wszyscy skądinąd wybitnie uzdolnieni strunowcy (jak często mówi się o fizykach zajmujących się tą teorią) marnują tylko swój potencjał na wymyślną, zapewne piękną matematycznie – nie przeczę temu jakże często przytaczanemu argumentowi – ale oderwaną całkowicie od rzeczywistości konstrukcję teoretyczną, która uzyskała niejako monopol na jedyną “przyszłościową” teorię, pretendującą do roli narzędzia, dzięki któremu zrozumiemy Wszechświat.

Jednym z najczęściej powtarzanych zarzutów, zarazem najboleśniejszych jak sądzę, jest brak przełożenia teorii na zjawiska, które obserwujemy w rzeczywistym świecie. Struny to twory bardzo eleganckie (dla matematyków) i nie sposób odmówić pewnego uroku tej teorii – wszystko, co nas otacza, czy to materia, promieniowanie czy sama przestrzeń (coś takiego też kiedyś słyszałem), składa się z wielkiej rodziny w różnoraki sposób drgających niewyobrażalnie maleńkich elementów. Problem jednak w tym, że nie sposób ani je zaobserwować, ani też – co już jest dużym problemem – w jakikolwiek sposób zweryfikować ich istnienie.

Z tego, co mi wiadomo, dotąd teoria strun i fizyczna rzeczywistość stanowiły dwa oddzielne, hermetyczne światy. Żaden z kapłanów teorii strun nie zaproponował jeszcze jakiegokolwiek eksperymentu, który mógłby potwierdzić lub sfalsyfikować propagowaną przez niego teorię. To teoretycznie całkiem wygodna sytuacja – proponuje się matematyczną teorię, której nikt nie potrafi obalić, nie sposób bowiem tego dokonać. Jednak wygodnie jest tylko teoretycznie – sami teoretycy strun zapewne chętnie w końcu uchwyciliby coś namacalnego, by triumfować nad niedowiarkami. Czytałem już o najróżniejszych eksperymentach, które mogłyby wykazać, że teoria strun nie jest fałszywa – ich wykonanie jednak nie jest możliwe w przewidywalnej przyszłości.

Skoro sytuacja wygląda tak a nie inaczej, teoretycy zmuszeni są pójść inną drogą – takie właśnie założenie zrealizowali w ostatnim czasie fizycy teoretycy z uniwersytetu w Leiden (Holandia), niejaki Jan Zaanen wraz z Mihailo Cubrovicem i Koenraadem Schalmem. Nawet jeśli ich teoretyczna praca nie do końca realizuje marzenia strunowców o bezwarunkowym zwycięstwie ich teorii, jest z pewnością pewnym novum.

W 1911 roku holenderski (hm…) uczony Heike Kammerlingh Onnes odkrył przypadkowo niezwykle frapujące zjawisko fizyczne: nadprzewodnictwo. Badając zależność oporu elektrycznego od temperatury przewodnika schładzał drut, wykonany z zestalonej rtęci, do bardzo niskich temperatur – w końcu dotarł do temperatury bliskiej zera bezwzględnego (4,2 Kelwina) i zaskoczony stwierdził, że po osiągnięciu tej temperatury rtęć zaczęła przewodzić prąd całkowicie bez strat energii – opór elektryczny po prostu zniknął. O ile w tamtych czasach było to zupełnie nowym zjawiskiem, obecnie technologia opierająca się na nadprzewodnictwie stanowi bardzo ważną gałąź przemysłu, bez której wiele eksperymentów naukowych byłoby po prostu nie do pomyślenia (najpopularniejszy przykład obecnie to chyba Wielki Zderzacz Hadronów i jego niezliczone nadprzewodzące magnesy).

Nadprzewodnictwo, odkryte przez Onnesa, zdawało się występować wyłącznie przy bardzo niskich temperaturach, bardzo bliskich zera bezwględnego. Mogło wydawać się to regułą, jednak z czasem zaczęły pojawiać się kontrprzykłady – okazywało się, że zróżnicowane materiały przewodzą prąd elektryczny bez oporu przy nieco wyższych temperaturach. O ile fizyczny mechanizm nadprzewodnictwa niskotemperaturowego poznano dość dobrze, o tyle mechanizm nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego, po wielu wielu latach, ciągle jest niejasny i nikt nie potrafił dotąd przekonująco wyjaśnić, dlaczego tak a nie inaczej się dzieje. Można rzec – cóż z tego – jednak sprawa naprawdę jest sporej wagi: uzyskanie przewodnika, który staje się nadprzewodzący w temperaturze pokojowej (a więc kilkaset stopni powyżej zera bezwględnego) jest marzeniem wielu naukowców i tuż za nimi rzeszy biznesmenów, wyobrażających sobie gigantyczne pieniądze, które można by zarobić na tym zjawisku.

Możecie zapytać - a co to ma do licha wspólnego z teorią strun? Tutaj na scenę powracają wspomniani wyżej holenderscy naukowcy z Leiden. Dobrali się oni w specyficzny sposób – Zaanen zajmował się nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym i jednocześnie interesował się teorią strun, pozostali natomiast to czystej krwi i kości strunowcy – szybko, można rzec, zwąchali się ze sobą i rozpoczęli wspólne badania. Ich praca została niedawno opublikowana w prestiżowym “Science”, co jest samo w sobie już pewnym zaskoczeniem – z tego, co wyczytałem w źródłach tego wpisu jest to zarazem pierwsza publikacja na łamach “Science”, która zajmuje się teorią strun.

Cóż takiego Zaanen i spółka więc stworzyli, że zasłużyli na taki zaszczyt? Zastosowali po po raz pierwszy w historii osławioną teorię strun do opisu rzeczywistego zjawiska fizycznego – tzw. krytycznego stanu kwantowego elektronów, które odgrywa ważną rolę w przypadku nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego (przed utratą oporności elektrony materiału przechodzą w taki stan). Zaanen i koledzy nie kryją entuzjazmu – stosując pewien aspekt teorii strun, zwany tajemniczo korespondencją AdS/CFT (odmawiam z góry odpowiedzi na pytania, co to jest i o co w tym chodzi), po dniach i nocach z kredą w ręku, jak przypuszczam, wszystko im się w cudowny sposób poukładało – matematyka teorii strun zafunkcjonowała nadzwyczaj dobrze, pozwalając na wyjaśnienie zjawiska stanu krytycznego w sposób, w jaki żadna inna teoria nie mogła tego dokonać. O samej matematyce, czy nawet założeniami, które za tym stoją, wolałbym się tutaj nie wypowiadać, bo to zaprawdę czarna magia dla mnie (dla chętnych zapraszam do lektury samej pracy bądź źródeł podanych niżej).

Tym samym naukowcy na bazie teorii strun wyjaśnili zjawisko, które dotąd było zupełnie niejasne. Nie oznacza to jednak, że zrozumieliśmy całkowicie nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe – przybliżyliśmy się jednak do jego zrozumienia. Praca Holendrów z pewnością nie zdobyłaby jednak rozgłosu dzięki temu faktowi – to dzięki magicznej teorii strun, niespodziewanie zastosowanej do świata rzeczywistego, temat nabrał rumieńców. Rozpaleni sukcesem Holendrzy obiecują już nawet, że to dopiero początek.

Jako przeciwnik teorii strun podchodzę do tej rewelacji raczej krytycznie, jednak nie sposób zaprzeczyć, że jest to nowinka zaskakująca, mówiąca na korzyść strunowców. Nie zmienia to jednak nic w tym, że takie zastosowanie teorii strun nie ma i pewnie długo jeszcze nie będzie miało nic wspólnego z heroicznym przeznaczeniem, które kiedyś tak bałwochwalczo zostało jej przez wielu pisane – od wyjaśnienia pewnego zjawiska do teorii pretendującej do miana “Teorii Wszystkiego” droga jeszcze baaardzo daleka.

Wielce pouczająca praca teoretyków z Leiden

Źródła:

Grafika: Pozwoliłem sobie na małą złośliwość, cóż, mój blog:)

Źródło grafiki

Credit: midnightjester.wordpress.com

Wyświetl pełny artykuł

Ori2711 · 11 Lipca 2009

hm... ciekawe

Adam może warto byłoby jakoś inaczej nazwać tego twojego bota? Aktualizacje ze świata nauki... albo co...

pozdrawiam

Ori

McArti · 11 Lipca 2009

Ja jestem strunowcem w ksiązce od biologii wyczytałem :-)

rkamin · 11 Lipca 2009

Dość ciekawy artykuł, jednak mam wrażenie, że autor ma "coś" do matematyków :szczerbaty: .

Nie znam ostatnich wyników ale jak się kiedyś tematem trochę interesowałem, to o ile pamiętam większość tez matematycznie dawało się w tej teorii udowadniać przy założeniu istnienia odpowiedniej liczby wymiarów (matematycznych oczywiście). Jakaś liczba 10 chodzi mi po głowie.

Zresztą teoria strun czy superstrun to już taka kobyła od strony matematycznej, że głowa boli. Jest chyba niewielu ludzi na świecie, którzy tak naprawdę wiedzą jak to ugryźć. Jeśli chodzi o tego typu zagadnienia to mogę polecić zainteresowanym książkę Hiperprzestrzeń Michio Kaku (akurat tę czytałem kiedyś).

Zawsze twierdziłem, że fizyce teoretycznej znacznie bliżej do matematyki niż do fizyki - do czego większość fizyków wcale niechętnie się przyznaje :rolleyes: .

W końcu ktoś musi "bujać" w obłokach abyśmy nie stanęli w miejscu. Patrząc na to zresztą od strony historycznej, wiele teorii tak naprawdę matematycznych znalazło swoje uznanie dopiero po naprawdę wielu wielu latach.

Jak każda teoria ta ma zwolenników jak i przeciwników. Za naszego życia nie spodziewam się prawdę mówiąc, żadnego rozstrzygnięcia w którą tutaj stronę pójdziemy.

W każdym razie zagadnienie jest na tyle frapujące, że należy przynajmniej w przybliżeniu wiedzieć o co chodzi.

ansmann · 11 Lipca 2009

(...)

mogę polecić zainteresowanym książkę Hiperprzestrzeń Michio Kaku (akurat tę czytałem kiedyś).

(...)

Ze swojej strony również chciałbym polecić tę książkę oraz książkę pod tytułem: "Piękno Wszechświata. Superstruny, ukryte wymiary i poszukiwanie teorii ostatecznej", której autorem jest Brian Greene.

Adam_Jesion · 11 Lipca 2009

Adam może warto byłoby jakoś inaczej nazwać tego twojego bota? Aktualizacje ze świata nauki... albo co...

No ale wtedy nikt nie pomyśli, że to ja napisałem. I co wtedy? Koniec lansu

A tak na serio, już jest nowy bot do wiadomości. Wszystkie nowe będą szły od niego, dzięki czemu, będzie można przeglądać wiadomości zaglądając do jego historii wątków. Rozszerzam też przy okazji kwestię wiadomości na AF. Jak już widzicie, jest nowy dział. Dojdzie też więcej RSSów, ale pomóżcie mi zlokalizować ciekawe i warte promocji na AF źródła.

Cytadela jest genialna. Oby więcej takich.