[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.W 1984 roku z dwóch powodów gwałtownie wzrosło zaintereso­wanie strunami.Po pierwsze, postęp jaki osiągnięto w zakresie teorii supergrawitacji był bardzo nikły, nikomu nie udało się wykazać, że nie zawiera ona nieusuwalnych nieskończoności ani też uzgodnić własnos'ci przewidywanych przez nią cząstek z własnościami cząstek obserwowa­nych.Po drugie, ukazała się praca Johna Schwarza i Mike'a Greena z Queen Mary College w Londynie.Autorzy wykazali, że teoria strun może wyjaśnić istnienie cząstek lewoskrętnych, których wiele obser­wujemy.Niezależnie od rzeczywistych powodów, wielu fizyków pod­jęło pracę nad teorią strun; wkrótce pojawiła się nowa jej wersja, tak zwana teoria strun heterotycznych, która obudziła nadzieję na wyjaś­nienie własności rzeczywistych cząstek.Również w teorii strun pojawiają się nieskończoności, lecz uważa się powszechnie, iż w wersji strun heterotycznych kasują się one wzajemnie (tego jednak nie wiemy jeszcze na pewno).Istnieje natomiast, jeśli idzie o teorie strun, znacznie poważniejszy problem: wydaje się, że są one sensowne tylko wtedy, jeśli czasoprzestrzeń ma 10 lub 26 wymiarów, nie zaś 4 jak zwykle! Oczywiście, dodatkowe wymiary czasoprzestrzeni są czymś banalnym w powieściach fantastycznonaukowych, w istocie są tam nawet konieczne, gdyż inaczej podróże między gwiazdami i gala­ktykami trwałyby o wiele za długo — bo przecież z teorii względności wynika, że nic nie może poruszać się szybciej niż światło.Idea powieści fantastycznych polega na pójściu na skróty przez dodatkowe wymiary przestrzeni.Można to sobie wyobrazić w następujący sposób.Załóżmy, że przestrzeń, w której żyjemy, jest dwuwymiarowa i jest wykrzywiona jak powierzchnia dużego pierścienia lub torusa (rys.29).Jeśli znajdujemy się wewnątrz pierścienia po jednej jego stronie i chcemy dostać się do punktu po stronie przeciwnej, musimy iść dookoła po wewnętrznej kra­wędzi pierścienia.Gdyby jednak ktoś potrafił poruszać się w trzecim wymiarze, to mógłby sobie skrócić drogę, idąc wzdłuż średnicy.Czemu nie dostrzegamy tych wszystkich dodatkowych wymiarów, jeśli rzeczywiście istnieją? Czemu widzimy wyłącznie trzy wymiary przestrzenne i jeden czasowy? Wyjaśnienie brzmi następująco: w do­datkowych wymiarach przestrzeń jest bardzo mocno zakrzywiona, tak że jej rozmiar jest bardzo mały — około milionowej miliardowej mi­liardowej miliardowej części centymetra.Jest to tak niewiele, że tych wymiarów po prostu nie dostrzegamy, widzimy wyłącznie czas i trzy wymiary przestrzenne, w których czasoprzestrzeń pozostaje niemal pła­ska.Przypomina to powierzchnię pomarańczy: patrząc z bliska, widzi­my wszystkie jej zmarszczki, lecz z daleka ta powierzchnia wydaje nam się gładka.Podobnie czasoprzestrzeń — w małych skalach jest dziesięciowymiarowa i mocno zakrzywiona, ale w wielkich skalach nie widzi się ani krzywizny, ani dodatkowych wymiarów.Jeżeli to wyjaś­nienie jest poprawne, kosmiczni podróżnicy znajdują się w kłopotliwej sytuacji: dodatkowe wymiary są zbyt małe, by mógł się przez nie prze­cisnąć statek kosmiczny.Powstaje jednak natychmiast nowe pytanie — czemu niektóre, lecz nie wszystkie, wymiary uległy tak mocnemu za­krzywieniu? Zapewne w bardzo wczesnym okresie ewolucji wszech­świata czasoprzestrzeń miała dużą krzywiznę we wszystkich wymia­rach.Czemu czas i trzy wymiary wyprostowały się, gdy tymczasem pozostałe wymiary są nadal tak ciasno zwinięte?Szukając odpowiedzi na to pytanie, możemy odwołać się do słabej zasady antropicznej.Dwa wymiary przestrzenne to — jak się wyda­je — za mało, by możliwy stał się rozwój skomplikowanych istot, ta­kich jak my.Na przykład, dwuwymiarowe istoty żyjące na jednowy­miarowej Ziemi musiałyby wspinać się na siebie, chcąc się minąć.Gdyby dwuwymiarowa istota zjadła coś, czego nie mogłaby całkowicie strawić, to resztki musiałyby wydostać się z jej wnętrzności tą samą drogą, którą do nich trafiły, gdyby bowiem istniało przejście biegnące przez całe ciało, to podzieliłoby ono ową istotę na dwie oddzielne czę­ści; nasza dwuwymiarowa istota rozpadłaby się (rys.30).Równie trudno wyobrazić sobie obieg krwi w takim dwuwymiarowym stworzeniu.Kłopoty pojawiają się również, gdy przestrzeń ma więcej niż trzy wymiary.W takim wypadku siła grawitacyjna między dwoma ciałami malałaby ze wzrostem odległości szybciej niż w przestrzeni trójwymia­rowej.(W trzech wymiarach siła ciążenia maleje cztery razy, gdy dys­tans między ciałami jest podwojony.W czterech wymiarach zmalałaby ośmiokrotnie, w pięciu szesnastokrotnie i tak dalej).W takiej sytuacji orbity planet wokół Słońca byłyby niestabilne — najmniejsze zaburze­nie orbity kołowej, na przykład przez inną planetę, wprowadziłoby pla­netę na trajektorię spiralną, w kierunku do lub od Słońca.Wtedy albo spalilibyśmy się, albo zamarzli.W gruncie rzeczy taka zależność cią­żenia grawitacyjnego od odległości w przestrzeni mającej więcej niż trzy wymiary uniemożliwiałaby istnienie Słońca w stanie stabilnym, w którym ciśnienie jest zrównoważone przez grawitację.W obu wy­padkach nie mogłoby odgrywać roli źródła ciepła i światła dla życia na Ziemi.W mniejszych skalach, siły elektryczne utrzymujące elektrony na orbitach wokół jąder atomowych zmieniłyby się tak samo jak gra­witacja.Elektrony odłączyłyby się zatem od jąder lub spadłyby na nie.W obu wypadkach nie istniałyby atomy takie, jakie znamy.Wydaje się więc rzeczą oczywistą, że życie, przynajmniej w formie nam znanej, może istnieć tylko w tych obszarach czasoprzestrzeni, w których czas i trzy wymiary przestrzenne nie są zwinięte do nie­wielkich rozmiarów.Możemy zatem odwołać się do słabej zasady antropicznej, oczywiście pod warunkiem, iż teoria strun dopuszcza istnie­nie takich regionów we wszechświecie — a wydaje się, że dopuszcza rzeczywiście.Mogą również istnieć inne obszary wszechświata, a na­wet inne wszechświaty (cokolwiek mogłoby to znaczyć), w których wszystkie wymiary są niemal płaskie, ale nie mogłyby w nich żyć istoty inteligentne, zdolne do obserwacji innej liczby efektywnych wy­miarów.Prócz problemu dodatkowych wymiarów czasoprzestrzeni teoria strun musi uporać się z wieloma innymi kłopotami, nim będzie można ją uznać za ostateczną, jednolitą teorię fizyki.Nie wiemy jeszcze, czy rzeczywiście wszystkie pojawiające się w rachunkach nieskończoności kasują się wzajemnie, nie wiemy też dokładnie, jak powiązać własności poszczególnych cząstek z falami na strunie [ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

nvs.xlx.pl