Elegantní vesmír. Superstruny, skryté rozměry a hledání finální teorie

Brian Greene, edice Kolumbus, nakladatelství Mladá fronta 2001

Čtivě napsaná kniha, alespoň pro ty, které zajímá moderní fyzika. Nicméně trochu překvapující je, že většina knihy je věnovaná tzv.teorii strun, která však přísně vzato není ničím vím, než pouhou hypotézou - nebyla totiž experimentálně dokázána. Rozpaky nad knihou mě vedly k pátrání, zdali všichni fyzikové sdílejí pohled Brian Greenea. Nuže, nesdílejí. Podle mého názoru to nejlépe vyjádřil Jiří Chýla z Centra částicové fyziky Fyzikálního ústavu AV ČR ve svém Zamyšlení nad knihou Briana Greenea Elegantní vesmír pod názvem Einstein by se divil. Jemu teď předávám slovo:

Klíčové okamžiky vývoje fyziky ve 20.století jsou spojeny s neočekávanými experimentálními pozorováními,která se fyzikové snažili vysvětlit.V minulosti měly fyzikální teorie svůj smysl především jako prostředek pro pochopení experimentálně odpozorovaných fyzikálních zákonů a nikoliv jako objekty samy o sobě.Ty patří do matematiky.Místy až sektářsky laděná náruživost stoupenců teorie strun jako teorie všeho (TOE),demonstrovaná knihou Elegantní vesmír a kampaně kolem ní,se od tohoto postoje výrazně odklání a čtenářům předkládá tuto teorii jako prakticky hotovou věc. To považuji nejen za nevědecké,ale také za nebezpečné,neboť příroda prostě nemusí teorie strun poslouchat.Co řekne svým čtenářům Brian Greene za 10 let,pokud se na urychlovačích v CERN a FERMILAB nepodaří objevit supersymetrické částice,které hrají v teorii strun nezastupitelnou roli? Nebylo by to poprvé,co by se něco takového stalo,a nejsem sám,kdo prostě neví,zda příroda je supersymetrická či ne.Není si tím jist ani Gerard 't Hooft, laureát Nobelovy ceny za fyziku za rok 1999,jehož úvahu na téma teorie superstrun a budoucnost Can there be physics without experiments? Challenges and pitfalls čtenářům vřele doporučuji G.'t Hooft:Int.J.Mod.P ys.A (2001),2895. Pěstovat v mladé generaci dojem,že teorie superstrun prostě musí být správná,je zcestné a kontraproduktivní.Autor sám připouští,že teorie strun je tak složitá,že na budování jejích solidních základů bude třeba pracovat i století. Vážně pochybuji o tom,že několik generací mladých lidí bude chtít strávit celý život prací na vývoji teorie,již prakticky nebude možné experimentálně ověřit.

Není to ovšem jen způsob,jakým Greene ve své knize líčí vývoj fyziky v uplynulém století, k čemu mám kritické připomínky.I současný stav našeho chápání mikrosvěta, shrnutý v tzv.standardním modelu, je v jeho knize podán chaoticky a nepříliš zdařile.Domnívám se,že řadu jeho důležitých pojmů a myšlenek lze laickému čtenáři přiblížit jednodušeji a lépe, než tak činí Greene.Na několika místech jsou v knize i vysloveně věcné chyby.

Experimentální ověřování základních myšlenek teorie superstrun lze rozdělit do několika bodů:

• Které charakteristické rysy teorie superstrun byly dosud experimentálně potvrzeny?
• Které dosud pozorované experimentální jevy aspoň nepřímo teorii strun podporují?
• Jaké kvantitativní předpovědi pro měřitelné veličiny byly již z teorie superstrun získány?
• Které charakteristické rysy teorie superstrun bude možno v budoucnosti reálně ověřit?
• Jaké kvantitativní předpovědi pro měřitelné veličiny lze z teorie superstrun získat?
• Které experimentální jevy by představovaly aspoň nepřímý důkaz její správnosti?
• Jaké další argumenty pro teorie superstrun existuji?

Odpovědi na první čtyři otázky,které plynou z pozorné četby kapitoly 9 Elegantního vesmíru a informací v části Teorie strun a experiment, které nalezne čtenář na oficiální webové stránce teorie superstrun, lze shrnout do jednoho slova: žádné.

O potenciálníc schopnostec ortodoxní teorie superstrun říká Greene v závěrečné kapitole na stranách 335-336 toto:

Za třetí,na rozdíl od obvyklejších teorií,jako je standardní model,jehož 19 volných parametrů musíme nastavit tak, abychom dosáhli shody s experimentem, teorie strun žádné měnitelné parametry neobsahuje. Její důsledky by tedy v principu měly být naprosto definitivní - a měla by tedy představovat jednoznačný test toho,zda teorie odpovídá skutečnosti.

ale sám připouští,že

"Cesta od takového uvažování 'v principu 'k uskutečnění 'v praxi ' je zatarasena mnoha překážkami.

Protože za asi nejvýznamnější milník pro teorii strun považuje potvrzení existence supersymetrie, končí Greene svou úvahu na téma experimentálního ověření teorie strun slovy

Před strunovými teoretiky by pak stál úkol zjistit,zda takovou realizaci může teorie strun vysvětlit.Můžeme být samozřejmě i optimističtější a doufat,že v následujícím desetiletí - třeba i před spuštěním urychlovače LHC v Ženevě -pokročí naše chápání teorie natolik,že budeme moci detailně předpovídat vlastnosti superpartnerů už před jejich případným objevením.Potvrzení takových předpovědí by bylo monumentálním okamžikem v dějinách vědy.

Nikdo jistě strunařům nechce brát jejich optimismus,ale ten sám o sobě není žádný kumšt. I poslední věta citátu je jistě pravdivá, stále v ní je ovšem ono "by .Na druhé straně nepopiratelným faktem je, že zatím teorie strun nebyla schopná spočítat jedinou experimentálně známou veličinu ani cokoliv měřitelného předpovědět. Ambice lze mít vysoké,ale to,co nakonec rozhoduje, jsou skutečné výsledky.Přiznám se,že si nedovedu představit,že by z nějaké rovnice TOE mohly plynout numerické hodnoty všech experimentálních veličin, ale to může být můj problém. Říkám tedy na adresu příznivců ortodoxních superstrun: buďte optimističtí, ale přijďte,až něco opravdu spočítáte.Stačilo by mi,kdyby to byly tak základní veličiny,jako jsou hmotnosti a elektrické náboje elektronu a mionu či hmotnost a poloměr protonu. Tyto veličiny rozhodují o tom,jak svět,jehož jsme součástí,vypadá.

Předně,to,o čem kniha především vypráví,tedy teorie superstrun,má s fyzikou jen velmi málo společného.Jde a pravděpodobně ještě velmi dlouho půjde o matematiku,která je jistě krásná, ba možná i fascinující,ale jejíž relevance pro objasnění fyzikálních jevů kolem nás je,aspoň prozatím, nulová.To,že teorie superstrun je potenciálně schopná řadu těchto jevů vysvětlit, resp.spočítat dnes volné parametry standardního modelu,je sice slibné, ale dokud tak aspoň v jednom případě opravdu neučiní,a dokud se nestane experimentálně vyvratitelnou, zůstane tím, čím je dnes.

Potud tedy pan Jiří Chýla. Pokud si chcete přečíst plný text jeho zamyšlení, najdete je na této webové stránce. Přes veškeré uvedené výhrady stojí Elegantní vesmír rozhodně za přečtení, nicméně kritický přístup je nutný. Např.podle nejnovějších výpočtů strunových teoretiků z CERNu, pokud vzali v úvahu větší počet rozměrů, nebude černá díra sférická, ale spíše bude připomínat pneumatiku. Zní ta zajímavě, ale jako ostatní předpovědi strunové teorie, nelze ji testovat.