[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Gdy celem jest jednak znalezienie jednolitej teo­rii, ujawnia się istotny mankament renormalizacji, uniemożliwia ona bowiem obliczenie rzeczywistych mas cząstek i mocy oddziaływań na podstawie teorii; wielkości te muszą być wybrane tak, by pasowały do wyników eksperymentalnych.Próbując pogodzić zasadę nieoznaczoności z ogólną teorią względ­ności mamy do dyspozycji dwie stałe, które można odpowiednio dobrać: stałą grawitacji i stałą kosmologiczną.Okazuje się jednak, że dobierając te stałe, nie można wyeliminować wszystkich nieskończoności.Teoria zdaje się przewidywać, iż pewne wielkości, takie jak krzywizna czaso­przestrzeni, są nieskończone, gdy tymczasem wielkości te były obserwo­wane, mierzone i okazały się skończone.Istnienie tej trudności przy połączeniu ogólnej teorii względności z mechaniką kwantową podejrze­wano od lat, lecz dopiero w 1972 roku szczegółowe rachunki potwier­dziły te obawy.Cztery lata później zaproponowano rozwiązanie proble­mu w postaci tak zwanej supergrawitacji.Zasadnicza idea supergrawitacji polega na połączeniu cząstki o spinie 2, przenoszącej oddziaływania grawitacyjne i zwanej grawitonem, z pewnymi nowymi cząstkami o spi­nach 3/2, l, 1/2 i 0.W pewnym sensie te wszystkie nowe cząstki można uważać za różne stany tej samej “supercząstki", co umożliwia jednolity opis cząstek materii o spinach 3/2 i 1/2 i cząstek przenoszących oddzia­ływania o spinach O, l i 2.Wirtualne pary cząstek o spinach 3/2 i 1/2 powinny mieć ujemną energię, a zatem powinny kasować dodatnią ener­gię par wirtualnych cząstek o spinach całkowitych.Ten efekt mógłby ułatwić pozbycie się licznych nieskończoności, przypuszczano jednak, iż niektóre z nich pozostaną.Niestety, obliczenia, których wykonanie jest niezbędne, jeśli chcemy przekonać się, jak się naprawdę sprawy mają z nieskończonościami, są tak żmudne i skomplikowane, iż przez długi czas nikt nie podjął się ich przeprowadzenia.Nawet gdyby uciec się do pomocy komputera, to i tak zajęłyby około czterech lat, zaś szansa na uniknięcie błędu (choćby jednego) byłaby minimalna.Zatem po ukoń­czeniu pracy nie wiadomo byłoby i tak, czy odpowiedź jest poprawna, do czasu, aż ktoś, kto wykonałby niezależnie te same obliczenia, otrzy­małby taki sam wynik, co nie wydaje się prawdopodobne!Mimo tych problemów oraz mimo braku zgodności między własno­ściami cząstek przewidywanych w teoriach supergrawitacji a własnościami cząstek obserwowanych, wielu uczonych uważało, iż supergrawitacja jest prawdopodobnie poprawnym rozwiązaniem problemu unifi­kacji fizyki.W każdym razie supergrawitacja wydawała się najlepszym sposobem połączenia grawitacji z resztą fizyki.Jednakże w 1984 roku nastąpiła godna uwagi zmiana opinii środowiska naukowego — zaczęto preferować inną teorię, tzw.teorię strun.Podstawowymi obiektami w tej teorii nie są cząstki zajmujące pojedyncze punkty w przestrzeni, lecz obiekty, które mają tylko długość (pozbawione są innych wymiarów); przypominają one nieskończenie cienkie kawałki strun.Struny mogą mieć swobodne końce (tak zwane otwarte struny — rys.25a) lub mogą tworzyć pętle (zamknięte struny — rys.25b).Cząstka w każdej chwili zajmuje jeden punkt w przestrzeni, zatem jej historię można przedstawić w postaci linii w czasoprzestrzeni (“linia światła").Natomiast struna w każdym momencie zajmuje odcinek w przestrzeni.Wobec tego jej historia w czasoprzestrzeni tworzy dwuwymiarową powierzchnię, zwa­ną powierzchnią świata.(Położenie dowolnego punktu na tej przestrzeni można wyznaczyć przez podanie dwóch liczb, jednej, określającej czas, i drugiej, oznaczającej miejsce na strunie).Powierzchnia świata struny otwartej to pasek, którego krawędzie reprezentują trajektorie końcowe struny w czasoprzestrzeni (rys.25a).Natomiast powierzchnia świata zamkniętej struny jest cylindrem albo rurą (rys.25b), której przekrój jest pętlą, przedstawiającą strunę w pewnej szczególnej chwili.Dwa kawałki struny mogą się połączyć i utworzyć pojedynczą stru­nę; otwarte struny po prostu łączą końce (rys.26), a w wypadku za­mkniętych strun przypomina to połączenie dwóch nogawek spodni (rys.27).Podobnie pojedyncza struna może podzielić się na dwie.W teorii strun to, co kiedyś uważano za cząstki, przyjmuje się za fale przemiesz­czające się wzdłuż struny, podobnie jak fale na sznurze od latawca.Emisja lub absorpcja jednej cząstki przez drugą odpowiada rozdzieleniu lub połączeniu końców strun.Na przykład, w teoriach cząstek grawitacyjne oddziaływanie między Słońcem a Ziemią przedstawia się jako emisję grawitonu przez cząstkę znajdującą się w Słońcu i jej absorpcję przez cząstkę w Ziemi (rys.28a).W teorii strun temu procesowi od­powiada rura w kształcie litery H (rys.28b) (teoria strun przypomina nieco hydraulikę).Dwa pionowe elementy litery H odpowiadają czą­stkom Ziemi i Słońca, a pozioma poprzeczka wędrującemu między nimi grawitonowi.Teoria strun ma dziwną historię.Stworzona pod koniec lat sześć­dziesiątych miała stanowić teorię opisującą oddziaływania silne.Pomysł polegał na próbie opisu cząstek, takich jak proton i neutron, jako fal na strunie.Silne oddziaływania byłyby przenoszone przez kawałki strun, które w momencie oddziaływania łączyłyby inne struny, tworząc strukturę podobną do sieci pajęczej.Aby taka teoria poprawnie opisywała silne oddziaływania, struny musiały przypominać gumowe taśmy o napięciu około 10 ton.W 1974 roku Joel Scherk z Paryża i John Schwarz z Kalifornij­skiego Instytutu Technologii opublikowali pracę, w której wykazali, że teoria strun może opisywać grawitację, lecz koniecznym warunkiem jest znacznie większe napięcie, sięgające tysiąca miliardów miliardów miliardów miliardów (l i trzydzieści dziewięć zer) ton.Przewidywa­nia teorii strun są identyczne z przewidywaniami ogólnej teorii względ­ności w zakresie zjawisk w dużych skalach, lecz różnią się zdecydo­wanie w bardzo małych skalach, mniejszych niż jedna milionowa miliardowej miliardowej miliardowej części centymetra (centymetr po­dzielony przez l z trzydziestoma trzema zerami).Praca nie wzbudziła szerszego zainteresowania, gdyż mniej więcej w tym samym czasie większość fizyków porzuciła oryginalną teorię strun, preferując teorię opartą na kwarkach i gluonach, która zdawała się znacznie lepiej opi­sywać wyniki eksperymentów [ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • funlifepok.htw.pl

    •