O čem je vlastně teorie superstrun?

Teorie superstrun (zkráceně teorie strun, předpona „super“ označuje tzv. „supersymetrii“) je fyzikální teorie mající potenciál stát se „teorií všeho“, tzn. popsat všechny částice a fundamentální síly ve vesmíru jednou společnou řečí a objasnit řadu jevů. Na rozdíl od standardního modelu částic nejsou v teorii strun fundamentálními stavebními kameny bezrozměrné (bodové) částice, ale vibrující struny (jednorozměrné objekty). Ty různě vibrují (pro představu jako struny na kytaře) a různé „tóny“ (vibrační módy) určují, jakou taková částice má hmotnost, náboj a jiné veličiny (struna tančící jedním způsobem je elektron, struna tančící jinak je třeba kvark apod.). Hlavní je, že v ní mizí zhoubné problémy, které bránily fyzikům ve spojení kvantové mechaniky (úžasně přesné teorie pro popis mikrosvěta) a Einsteinovy obecné teorie relativity (teorie gravitace, která zase operuje na velkých měřítkách), dvou pilířů moderní fyziky. Kromě strun v superstrunové/M-teorii existují i další vícerozměrné objekty (zvané brány), M-teorie je ještě vyšší teorie, která spojuje několik teorií strun. Když vás toto téma zajímá, přečtěte si dvě knihy Briana Greenea: Elegantní vesmír a Struktura vesmíru.

@alenka901: Nebylo by lepší, než kopírovat cizí text, dát odkaz na příslušnou stránku, kde si to člověk přečte přehledněji?

Teorie superstrun, resp. teorie strun, je jedna z nejznámějších a dosud v mnoha směrech neúplných tzv. teorií všeho. Velmi populárně řečeno, tato teorie předpokládá, že základními stavebními kameny přírody nejsou částice s nulovými rozměry, nýbrž jednorozměrné struny, které vibrují různými způsoby, odpovídajícími různým druhům částic. Veškeré interakce se redukují na spojování a rozpojování strun. Zastánci této dosud kontroverzní teorie se domnívají, že tato teorie elegantně a harmonicky sjednocuje teorie velkého a malého, tedy obecnou teorii relativity (OTR) a kvantovou mechaniku (KM), které jsou jinak do jisté míry neslučitelné. Podle teorie superstrun (M-teorie) má vesmír namísto nám dobře známých čtyř rozměrů 11 rozměrů, jeden časový a deset prostorových. Dodatečné rozměry jsou ovšem svinuty do variety malé velikosti, v důsledku čehož unikají přímému pozorování.

V současné době existuje pět konzistentních, ale vzájemně se lišících teorií superstrun. Tyto teorie jsou však pevně svázány dualitami, objevenými v tzv. druhé superstrunové revoluci v roce 1995. Pomocí těchto dualit sjednocuje tyto teorie tzv. M-teorie. M-teorie může existovat v 11 dimenzích časoprostoru. Mnoho vlastností M-teorie ale ještě čeká na vysvětlení.
Co vysvětluje teorie superstrun

Experimentálně je známo, že elementární částice tzv. standardního modelu jsou uspořádány do 3 rodin, navzájem odlišných pouze hmotností. Standardní model nemá pro toto žádné jednoznačné a teoreticky podložené vysvětlení. V teorii strun byl vysloven předpoklad, že tři rodiny elementárních částic by mohly souviset se základní topologickou charakteristikou geometrických objektů, která se nazývá genus. Intuitivně jde o počet otvorů v geometrickém objektu, kterým jsou v teorii superstrun tzv. Calabiho-Yauovy variety.

Superstrunová teorie by měla být teorií elementárních částic a mezi rozsáhlou množinou nikdy nepozorovaných částic je též nehmotná částice se spinem 2. Takovéto vlastnosti by měl mít graviton, což je nutný předpoklad každé teorie, která má být adeptem též na teorii gravitace.

Superstrunná teorie docílila určitého pokroku v práci se singularitami a divergencemi, a umožňuje matematicky lépe popsat některé související teoretické představy, např. pro období krátce po velkém třesku, nebo entropii černé díry.
Co teorie superstrun neposkytuje

Teorie superstrun, přinejmenším ve své současné podobě, má jen značně neurčitou a nejasnou formální i obsahovou strukturu (postuláty, rovnice, interpretace). Neumožňuje vypočíst hmotnosti elementárních částic, ani hodnoty těch vazebních konstant a parametrů, které figurují již ve standardním modelu. Nepodává žádný jasný a jednoznačný předpis pro tzv. kompaktifikaci, tedy problém, jak přejít z prostoru o předpokládaném vysokém počtu dimenzí (např. 11 nebo 27) do běžného 4rozměrného časoprostoru. Příslušných produktů kompaktifikace, tzv. Calabiho-Yauových variet, existuje pak nespočetně mnoho a není známo, na základě jakého dodatečného principu mezi nimi fyzikálně vybrat a docílit konkrétnější předpovědi. Tím, že teorie superstrun připouští v podstatě téměř libovolně vysoký počet nikdy nepozorovaných elementárních částic, neposkytuje ani určení toho, kolik elementárních částic vlastně existuje. Teorie superstrun dnes neumožňuje prakticky žádné testovatelné netriviální předpovědi v oblasti experimentálně dostupné fyziky. Nezanedbatelná část fyziků proto na teorii superstrun v její současné podobě pohlíží skepticky, anebo mnohá její tvrzení přímo odmítá.
Experimentální ověření

Zatím neexistuje, určitým pokrokem by mohlo být uvedení do provozu LHC. Fyzikové doufají, že by mohly být s jeho pomocí objeveny alespoň některé z mnoha supersymetrických částic, které teorie superstrun umožňuje. Protože však současné teorie superstrun připouštějí supersymetrických částic v podstatě neomezené množství, významnější verifikace teorie touto cestou je obtížná.

Další možností pro dílčí verifikaci teorie by mohlo být přímé pozorování obří superstruny ve vesmíru. Přesněji řečeno, nějakého geometrického útvaru, který by bylo možné interpretovat jako Calabiho-Yauovu varietu v teorii strun. Takováto struna snad mohla vzniknout v raných fázích vesmíru a nyní by se mohla při pozorování jevit jako určitá gravitační čočka. Možnosti tohoto typu jsou ovšem dosud velmi nejasné a neprůkazné nejen na úrovni experimentu, ale i na úrovni interpretace, která je u teorie superstrun zatím málo rozpracovaná.

teorie,myšlení o vesmíru