Prečo žijeme v trojrozmernom vesmíre?

, Autor: Pavol Bobik

Teória strún prináša vysvetlenie, prečo je náš svet trojrozmerný. Možno je to prelomový moment výskumu počiatku nášho vesmíru.

Teória veľkého tresku popisuje začiatok tohto vesmíru ako "explóziu" z nekonečne hustého bodu. Teória je podporovaná pozorovaním mikrovlnného pozadia vesmíru a relatívneho zastúpenia prvkov v ňom. Základná teória popisujúca vesmír, Všeobecná teória relativity však už na popis prvého momentu nestačí. Počiatok vesmíru je stále otvorenou otázkou.

Všeobecná teória relativity (VTR) je navyše len teóriou jedinej interakcie, zo štyroch, ktoré v našom vesmíre fungujú. VTR je teóriou gravitácie, nepopisuje mikrosvet. V počiatočných momentoch vesmíru boli všetky interakcie spojené čo VTR nedokáže popísať a Štandardný model popisujúci zjednotenie ostávajúcich troch interakcií zas nezahŕňa gravitáciu.  Teória strún na rozdiel od VTR a Štandardného modelu je teóriou všetkého, teóriou všetkých štyroch interakcií. Zdá sa teda vhodnou na popis počiatkov vesmíru. Teória strún však predpokladá vznik vesmíru v 9 rozmeroch. Ako teda vesmír dospel do súčasného stavu s troma priestorovými dimenziami? 

Odpoveď prináša simulácia zrodenia vesmíru realizovaná trojčlenným japonským tímom teoretických fyzikov, ktorému sa podarilo popísať vývoj vesmíru Teóriou strún. Špeciálnou metódou počítania s veľkými maticami v takzvanej maticovej reprezentácii teórie strún ukázali, že v určitom momente vývoja vesmíru sa začnú tri z jeho deviatich rozmerov rýchlo rozpínať. To vedie k existencii vesmíru takého ako ho poznáme.

Jun Nishimura, Asato Tsuchiya a Sang-Woo Kim výpočtami v maticovej reprezentácii prekonali problém s popisom silných interakcií v klasikom popise teórie strún, ktorý je platný pri slabých interakciách. Maticová reprezentácia, takzvaný IKKT maticový model A z roku 1996 (meno modelu podľa inicálok mien autorov Ishibashi, Kawai, Kitazawa a Tsuchiya)  umožňuje aj popis silných interakcií a je tak vhodnejšia pre popis reálnych fyzikálnych situácii.

Takzvané reprezentácie si môžme predstaviť ako rôzne formy popisu tej istej veci. Niektoré formy popisu sú vhodnejšie než iné, respektíve v niektorých je možné vyjadriť a vyriešiť veci, ktoré v iných napríklad pre ich komplikovanosť nie je možné vyriešiť. Veľmi zjednodušeným príkladom je napríklad poloha na Zemi. Môžete ju zapísať rôznými spôsobmi. Napríklad aj vzdialenosťou od stredu Zeme v troch súradniciach. To je ale dosť nepraktické, používame preto radšej súradnice sférickej sústavy. Uhly geografickej šírky a dĺžky. Je to vhodnejši popis pre povrch (Zeme)gule. Alebo z matematiky poznáme arabské a rímske čislice. Z týchto príkladov vidíme vhodnosť a nevhodnosť jednotlivých foriem popisu jednej veci. Tak aj zložité koncepty akým je teória strún majú rôzne formy zápisu, takzvané reprezentácie. Nájdením vhodnej je možné s teóriou pracovať a aplikovať ju na širšiu skupinu situácii a problémov, ktoré má popisovať. 

Vráťme sa späť k simuláciam japonského tímu. Po prvý raz sa v nich teóriou strún ukázalo, že trojrozmerný vesmír pochádza z 9 rozmerného. Tento záver podporuje platnosť teórie strún a možnosť jej použitia na popis prvých okamihov existencie nášho vesmíru. Táto nová metóda otvára možnosti výskumu viacerých otvorených otázok vzniku a vývoja vesmíru. Je možné, že prinesie ďalšie vysvetlenia a pochopenia problémov ako je inflačná fáza vývoja vesmíru. Možno stojíme na prahu prielomu v skúmaní zrodenia vesmíru.    

Simulácie bežali na superpočítači Hitachi SR16000 (teoretický výkon: 90.3 TFLOPS) na Kiótskej Univerzite. Ich výsledky budú čoskoro zverejnené v prestížnom časopise Physical Review Letters.

Teória strún

Teória strún popisuje elementárne častice ako oscilácie jednorozmerných strún (1 rozmerné objekty), čo je rozdielny pohľad voči klasickej predstave elementárnej častice ako bodového objektu (0 rozmerný objekt). Popisuje všetky štyri známe interakcie a je tak takzvanou teóriou všetkého.

Strunová teória má mnohých zastáncov (napr. S. Hawking či L. Susskind) no aj odporcov (R. Feynman a S. Grashow).  Najvýznamnejšou doterajšou výhradou voči teórii strún je, že neposkytuje žiadne kvantitatívne predpovede. Najnovší výsledok môže byť počiatkom cesty, ktorá túto výhradu prekoná.  

Viac informácii nájdete na wikipedii.

Zdroj: www.spacedaily.com

 

Kľúčové slová
teória relativity, veda, VTR, zaujímavosti
Po kliknutí na vybrané kľúčové slovo sa vám automaticky zobrazia všetky súvisiace články na pc.sk

Re: Prečo žijeme v trojrozmernom vesmíre?

aj Sheldon Cooper je zastupca :d

Upresnim spolu s wiki :D
:: "Sheldon has switched disciplines from bosonic string theory to heterotic string theory, reconciled the black hole information paradox using a string network condensate approach and worked on time-dependent backgrounds in string theory, specifically quantum field theory, in D-dimensional de Sitter space. With Rajesh, he has worked on the string theory implications of gamma rays from dark matter annihilations and considered a method for optimizing a 500 GeV particle detector to this end."

Re: Prečo žijeme v trojrozmernom vesmíre?

"Najnovší výsledok môže byť počiatkom cesty, ktorá túto výhradu prekoná."

Dovolim si jemne nesuhlasit. Nijaka pocitacova simulacia nemoze prist na princip ktory sme my ako ludstvo este neodhalili a nepopisali. Simulaciu pisu ludia, takze si tam podavaju parametre ake chcu a nie ake su v prirode. To ze im to vyjde rovnako este neznamena ze je spravny ich parameter. V historii existovali tisice teorii, ktore po nasimulovani sedeli presne s nasim obrazom vesmiru, ale bohuzial nie su platne (alebo skor nastastie?). Takze by som bol opatrny v takychto vyrokoch.

Pockajme si najprv na potvrdenie minimalnej SUSY na LHC a Belle2 a ked postavia Superb a ILC tak aj na ich vysledky. Struny zacneme hladat az potom (ak to vobec nejako pojde). Takze do roku 2050 asi nie :o)

Preco by simulacia nemohla prist na novy princip, ktory sme este neodhalili ci nepopisali? Napriklad, pokial mam X hypotez a prave simulacia mi niektoru z nich potvrdi ci mnohe vyvrati? Simulacia moze byt (napriklad aj) metodou hladania cesty k novym principom.

Re: Prečo žijeme v trojrozmernom vesmíre?

Simulacia je len "nase" vnimanie skutocnosti prepisane do reci pocitaca. Uvedme si to na priklade. Mozem nasimulovat zrazku castic v LHC a vygeneruje mi z toho Higgsovu casticu alebo tachyon (castica rychlejsia nez svetlo) co vsak vobec neznamena ze existuje! To by sme potom nemuseli stavat nic, len si generovat simulacie a predsa vieme ze takto objavy neprebiehaju. My ako ludstvo to musime postavit lebo priroda nie je "nas" pocitac a nie vsetko co je v prirode popisane, sme aj my schopni popisat v "nasej" simulacii.

Skusim este iny priklad, simulaciu si predstavte ako skrinu na predmety. Vojde sa do nej bicykel, kabat, kladivo ale aj mobil. To na co sluzi ta skrina nevieme povedat, lebo do nej pasuju vsetky predmety. Ale priroda si realne vyberie len kladivo (napriklad) a ostatne vyluci.

V 60-tych rokoch existovalo asi 10 teorii castic. Priroda a experiment ktory sa zrealizoval vybral jednu z tych teorii, konkretne standardny model. Ostatne mohli sediet perfektne so simulaciou, bohuzial, priroda funguje len podla jednej z nich.

V nasej dobe je to podobne. Existuje vela teorii ktore su podoprete simulaciami, od strun v 9D az po 26D. Nemozu byt vsetky pravdive, ale na druhej strane nemozem vsetky vylucit.

Cielom mojho komentu bolo povedat hlavne to, ze jedna simulacia nesposobi revoluciu vo fyzike. Simulacia nam napomaha pri optimalizovani a stavbe experimentu, ale nikdy (to slovo je mozno odvazne ale necham ho tam) ho nenahradi.

Jedna simulacia moze sposobit revoluciu vo fyzike. Ak bude novym konceptom predpovedajucim nieco revolucne, ktory neskor potvrdi experiment, pokojne moze sposobit revoluciu.

Kto kedy povedal, ze simulacia nema byt overena experimentom? Simulacie+teoria a experimenty su predsa suvisiace, navzajom sa inspirujuce (ukazujuce si cestu) a doplnajuce sa veci.

16cmfan

Re: Prečo žijeme v trojrozmernom vesmíre?

RP má pravdu, aj tie simulácie vychádzajú z axiomatických predpokladov toho, ako ďaleko sme v objavovaní fyz. zákonov dospeli. Pracujeme len s tým, čo máme. Do teraz bolo obtiažne čo i len pomocou tzv "feynamnovej sumačnej historie" spojiť elektroslabú a silnú interakciu do jednej teórie, ktorú voláme GUT. Ak sa nemýlim, pánom sa podarilo renormalizovať nekonečná, ktoré sa im objavovali pri rovniciach, ktoré popisujú práve silnú jadrovú silu. Renormalizácia je ťažká vec. Vedci musia pri týchto simuláciách pracovať s nekonečnými stavmi systému, tzv. koncept "zhora dole" kde neexistuje nejaký základný počiatočný stav systému, ktorý je v napr. Newtonovej fyzike deterministický. To je najťažšia úloha, pretože v tom hrá úlohu symetria resp. teória Supersymetria. Na túto diskusiu tu ale máme málo priestoru (je neprehľadný). Na našom fóre ale môžeme, ak chcete, diskutovať ďalej.

Re: Prečo žijeme v trojrozmernom vesmíre?

So všetkými súhlasím. A ja si myslím, že súhlasia aj ostatní, akurát tu slovíčkaríme. Simulácie samé o sebe nič nevyriešia, čo je pravdou, ale podľa týchto simulácií a na ich dokázanie sa stavajú experimenty. No v článku nikde nebolo také niečo napísané, že by simulácie niečo riešili. Na druhú stranu je logické a potrebné, aby teórie a simulácie vychádzali z nevyvrátiteľných faktov, no zas je možné a vysoko pravdepodobné, že nemáme dostatok dát a informácií na vytváranie takýchto kolosálnych simulácií. Predsalen nevieme popísať poriadne ani tých chudobných pár percent, v ktorých a z ktorých žijeme a objavy z posledných 50 rokov tento názor podporujú. Simulácia zahrnujúca celý vesmír a pracujúca väčšinou s dohadmi a hypotézami, aj napriek tomu, že sú podložené fundamentálnymi zákonitosťami, môže ale nemusí byť správna. Každopádne je dobré robiť takéto simulácie.
Ale chcel by som poprosiť, aby sme sa vyjadrovali po slovensky, pretože aj cudzích slov znalý človek sa ťažko orientuje v zložitých vetách a článkoch a čiastočný preklad určitých slov je skôr profesionálna deformácia. je to proste zle čitateľné tak isto, ako prekladaný článok v poslednom Kozmose, kde prekladateľ nepreložil slovo "scale" slovensky, ale odborným patvarom "škála"(ktoré naviac nemá rovnaký zmysel rozmeru/veľkosti ako v originále, ale stupnice v slovensčine). A hlavne aj preto, že túto stránku čítajú aj laici. :)

Re: Prečo žijeme v trojrozmernom vesmíre?

Ak im nieco vyslo zo simulacií o pociatku vesmiru tak prepáčte ale musím ich vysmiať :D Inak by ma zaujimalo ako počítali tu teoriu .. zobrali premenné čo poznáme a vypočítali neznámu? :)

Re: Prečo žijeme v trojrozmernom vesmíre?

pis si tu co xces. myslim, ze ani jednemu z tych vedcov by si sa do oci nevysmial :)

PS: oni zobrali vsetky premenne a previedli ich do simulacie a dostali aj tak "znamu" :D

Poslať nový komentár

TOPlist