Jak otestovat teorii strun?  
Zapomeňte na obrovité urychlovače. V Towsonu oprášili Galilea s Newtonem a navrhují měřit odchylky vzdáleností Saturnových měsíců a jejich trojánů.


 

Zvětšit obrázek
Galileo experimentuje v rodné Pise. Kredit: James McConnell.

Teorie strun je sexy, což by mohli připustit i její zarytí odpůrci. Laikovi učarují psychedelicky jednorozměrné struny, kterými strunoví fyzici nahradili nudné bezrozměrné elementární částice, odborníci si zase mohou v teorii strun hrát jako na pískovišti, kde si tvarují obrysy vytoužené kvantové gravitace. Na druhou stranu, teorie strun má jeden tak trochu trapný hendikep. Stejně jako víla Zubnička nebo Harry Potter není momentálně vyvratitelná vědeckou mašinérií. Zatímco víle Zubničce a Harry Potterovi to nijak zvlášť neubírá na popularitě, teorie strun musí čelit podezíravým pohledům. Struny jsou nesmírně malé i ve srovnání s atomem vodíku a ke stopování strun na urychlovačích částic bychom potřebovali energie mnohokrát vyšší, než s jakými jsme vyšťourali Higgsovy bosony. Jevy ze světa strun bývají považovány za příliš extrémní na to, abychom je pozorovali soudobými přístroji. Anebo ne?

 

James Overduin (2009).
Kredit: Towson University.


Velmi lišácký test teorie strun vymyslel James Overduin z Univerzity v Towsonu, Maryland se svými studenty. Podle všeho je už štvalo, jak se fyzici posmívají teorii strun, že vždycky bude (jenom) slibná, protože ji nebude možné vyvrátit. Rozhodli se proto, že na truc vymyslí přímočarý způsob, jak vypátrat skuliny v obecné teorii relativity. Pochopitelně takové, aby je pak bylo možné zalepit teorií strun. Inspirovali se přitom klasickými experimenty Galilea Galilei a Isaaca Newtona. Galileo podle legendy házel ze šikmé věže v Pise koule o různé hmotnosti, aby tím předvedl, že rychlost pádu těles nezávisí na jejich hmotnosti, pomineme-li odpor vzduchu. Newton si později všiml, že podobný experiment vlastně uspořádala samotná Příroda, když dala dohromady Sluneční soustavu. Teleskopem pozoroval Jupiter se čtveřici jeho velkých měsíců a zjistil, že se pohybují ve směru ke Slunci stejnou rychlostí.

 

Zvětšit obrázek
Ledový měsíc Tethys. Kredit: NASA/ JPL.


Overduin a spol. vlastně udělali to stejné. Einsteinova obecná relativita věří na princip ekvivalence, podle nějž gravitační pole zachází se všemi formami hmoty a energie stejně. Teorie strun oproti tomu předpovídá porušení tohoto principu ekvivalence, neboť zahrnuje nová pole, v nichž objekty různého složení zrychlují různým způsobem, i když jsou ve stejném gravitačním poli. Badatelé navázali na výzkum Kennetha Nordtvedta ze sedmdesátých let a navrhli tři modelové situace ve Sluneční soustavě, v nichž by bylo možné detekovat porušení principu ekvivalence: odchylky od Třetího Keplerova zákona o pohybu planet, odchylování stabilních Lagrangeových bodů a orbitální polarizace, též známá jako Nordtvedtův efekt, při které by měla kolísat vzdálenost dvojice těles, jako je třeba Země a Měsíc, kvůli nepatrným rozdílům v urychlováním třetím tělesem, v tomto případě Sluncem.

 

Zvětšit obrázek
Dione s velkým kamenným jádrem. Kredit: NASA/ JPL/ Space Science Institute


Je pravda, že nikdo nikdy žádný z těchto tří jevů nedoložil. Jenže ve vědě nefungují svaté zákony všehomíra, ale jenom nevyvrácené hypotézy, takže vědci mohou, pokud si troufnou, rozpoutávat útoky proti zabydleným pravdám. A Overduin se studenty si zjevně troufá. Hledají ve Sluneční soustavě možné slabiny obecné relativity a pokud uspějí, tak je čeká věčná sláva. Náš hvězdný systém je naštěstí natolik pestrý, že badatelé mají  řadu příležitostí uspět. Za velmi slibné považují například Saturnovy měsíce Tethys a Dione. Měsíc Tethys je skoro celý z ledu, zatímco Dione má pořádné kamenné jádro. A oba dva tyto měsíce doprovázejí trojáné, tedy planetky obíhající po stejné dráze jako Jupiter. Teď už jenom zbývá navržená měření uskutečnit. Prý by to mělo být relativně levné.

 

 

 


Kredit: Khan Academy

 

Literatura:
Towson University News 9. 1. 2014, Classical & Quantum Gravity 31 015001, Wikipedia (String theory, Equivalence principle, Nordtvedt effect).

 

Datum: 12.01.2014 19:40
Tisk článku

Křik strun - Fojtík David Stringbreaker
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 195 Kč
cena: 173 Kč
Křik strun
Fojtík David Stringbreaker

Diskuze:

František Luft,2014-01-18 22:02:39

Struny neznám, ale nedávno jsem četl jak se o nich vyjadřoval Feynman. Teorie má mnoho parametrů, které lze přenastavit tak aby vyšlo co je potřeba, nebo aby tvůrci uměli zdůvodnit proč to nevyšlo. Tak je možné cokoli. Podle Feynmana autoři neposkytují předpovědi ale výmluvy a struny nejsou teorií všeho, ale čehokoli. Nevím, možná se teorie od jeho časů změnila

Odpovědět

zrejme opravdu nevyvratitelna

Radek Nezbeda,2014-01-13 06:27:14

Potiz je ovsem zjistit, jaky vysledek vlastne strunova teorie predpovida. Napr. Lubos Motl (http://motls.blogspot.cz/2006/10/falsifiability-in-physics.html) pise: "If string theory is correct, the superposition principle of quantum mechanics, Lorentz invariance, unitarity, crossing symmetry, equivalence principle etc. are valid to much higher accuracy than the accuracy with which they have been tested as of 2006." Nebo Matt Strassler (http://profmattstrassler.com/2013/09/23/quantum-field-theory-string-theory-and-predictions/): "string theory does *not* predict practically-measurable violations of the equivalence principle, and yet string theory does not forbid measurable violations of the equivalence principle ... So if we saw such violations in data, we’d have no idea what they meant, and we’d have a lot of work to do". Takze, at uz experiment dopadne jakkoli, strunova teorie bude mit vzdy pravdu. Rekl bych, ze to je zrejme to, co jejim "zarytym odpurcum" vadi.

Odpovědět


Martin Kovář,2014-01-13 12:38:32

Já bych přidal ještě odkaz na blog Petera Woita:
http://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/?p=6561
V kometářích se pak dané téma dá rozebírá.
Ještě bych doplnil: Je vůbec otázkou, na co by případné narušení principu ekvivalnece poukazovalo. Určitě by se daly najít i jiné hypotézy (možná MOND?), ve kterých je princip ekvivalence narušen, popřípadě které by dokázaly dané narušení do sebe zahrnout.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace