next up previous
Next: Pohádka (anebo matfyzácká zvrhlost?) Up: Obrazky zlutych ruzi 15 Previous: O jednom způsobu jak

S Richardem Feynmanem o superstrunách (pokračování 1.dílu)

Mnoho lidí pracujících na superstrunách věří, že jedním z hlavních důvodů pro jejich studium je to, že slibují vyřešení problému nekonečen a divergencí, které trápily fyziku po desetiletí. Byl bych si myslel, že snad Vy byste měl uvítat teorie, jak jednou provždy vyřešit problém nekonečen.

Zda něco uvítáme nebo ne, závisí na tom, jestli je to v souladu s jevy v přírodě. Samozřejmě by bylo potěšující, kdyby teorie superstrun vskutku odstranila nekonečna. Ale mám takový pocit -- ovšemže se mohu úplně mýlit -- že musí být více způsobů, jak stáhnout kočku z kůže, jak se zbavit nekonečen. Nemyslím, že požadavek konečnosti vede jedině k této teorii. Měl by nás vést různými směry. Lidská představivost je veliká, jistě najde celou spoustu dalších. Fakt, že se teorie zbaví nekonečen, pro mě není postačujícím důvodem pro uvěření v její jedinečnost. To je můj názor; je pravděpodobně nesprávný, jak jsem se snažil vysvětlit -- jsem starý člověk. Možná ti hoši vědí lépe než já, že jiná cesta, kterou se vydat, neexistuje.

Nekonečna trápila kvantovou teorii pole po více než jednu generaci. Myslíte si, že je fundamentální teorie různých interakcí mezi částicemi může obsahovat, nebo že měl pravdu Dirac, když říkal, že teorii obsahující nekonečna nelze věřit?

V pozorováních samozřejmě žádná nekonečna nejsou -- hmotnost elektronu není nekonečná. Vezmeme-li však elektrodynamiku v konvenčním smyslu (bez dodání všech nových modifikací), napíšeme rovnici a spočítáme hmotnost elektronu, pak zjistíme, že je nekonečná. V tu chvíli uděláme podvod a řekneme, že takto se hmotnost vlastně nepočítá. Vymyslíme si jiná pravidla, která nazveme ``renormalizací'', a ta dají vzniknout teorii konečné a souhlasící s experimentem. Zajímavé však je, že jsme dosud nedokázali, že tato renormalizační forma teorie je matematicky konzistentní.

Předpokládejme však na chvíli, že konzistentní je. Výpočty pak vypadají asi takto: ``Napište tyto rovnice a když dostanete nekonečna, zahrajte si tu odčítací hru z roku 1947, vezměte limitu, vyhlaďte a dostanete konečnou odpověď.'' Pak by mělo být možné, aby jednoho dne někdo nějakým jiným způsobem mnohem pečlivěji vypracoval soustavu rovnic, ve kterých nejsou žádná nekonečna a které mají stejné důsledky. Nemyslím tím vymýšlení nové fyziky, ale spíše reorganizaci toho, co existuje. Změnit výpočty tak, aby byly elegantnější. Možná jsou nekonečna záležitostí pouze formální.

Není-li však elektrodynamika konzistentní, není řešení záležitostí matematické techniky a problém je z fyzikálního hlediska mnohem vážnější. Museli bychom se o přírodě naučit více a zjistit, jak elektrodynamiku modifikovat. Pro pomoc bychom se mohli obrátit k teorii obdobné, která se nazývá kvantová chromodynamika a která zahrnuje kvarky a gluony, vysvětluje vlastnosti protonů atd. O ní umíme ukázat, že je konzistentní.

Velice obtížné problémy s nekonečny jsou v gravitaci. Některým lidem se může zdát zvláštní, že se ji snažíme zahrnout do částicové fyziky -- vždyť v atomovém měřítku je tak slabá. Lze nějak jednoduše vysvětlit, proč je v těchto problémech tak důležitá?

Jsem překvapen, že si myslíte, že by gravitace mohla být nedůležitá. Vždyť je to jeden z fyzikálních zákonů! Když se velké hmoty dají dohromady, přitahují jedna druhou. Fyzikální popis světa, který nedokáže vysvětlit, proč se velké hmoty přitahují, není zřejmě správný!

Ale myslíte si, že potřebujeme gravitaci, abychom dali do pořádku částicovou fyziku, pokud jde o divergence?

Nemám nejmenší tušení, možná. Gravitaci však potřebujeme 7proto, že je tady. Chceme teorii, která vysvětluje, co vidíme, a proto do ní musíme zahrnout gravitaci bez ohledu na otázku zbavení se nekonečen.

Jinou otázkou je, zda gravitace musí být kvantově mechanickou teorií. Zřejmě nemůžeme mít svět zčásti klasický a zčásti kvantový. Proto tedy by měl být v gravitaci použit například princip neučitosti. Neměli bychom být schopni používat gravitační síly k určení polohy a hybnosti částice pod určitou přesnost, protože bychom se dostali do nesrovnalostí. V pokusech modifikovat teorii gravitace na kvantovou teorii objevíme nekonečna stejně jako v elektrodynamice. Jsou však mnohem obtížněji odstranitelná.

V kvantové teorii pole je energie spojená s tím, co nazýváme vakuum, ve kterém se všechno uspořádá na nejnižší energii (ta energie není podle teorie nulvá). Předpokládá se, že gravitace interaguje s každou formou energie a měla by pak interagovat i s touto energií vakua. A proto, tak řečeno, by vakuum mělo mít hmotnost ekvivalentní vakuové energii a mělo by vytvářet gravitační pole. Ale nevytváří. Gravitační pole vytvářené energií elektromagnetického pole ve vakuu -- kde není světlo, jen ticho, nic -- by mělo být ohromné. Tak ohromné, že by to byl zřejmé. A přitom je nulvé! Nebo velmi malé, což naprosto nesouhlasí s očekáváními teorie pole.

Tento problém je někdy nazýván problémem kosmologické konstanty. Snad v naší formulaci teorie gravitace něco postrádáme. I když je možné, že příčina potíží tkví v gravitační interakci s vlastní energií vakua. Myslím tedy, že bychom ze všeho nejdříve měli umět formulovat gravitaci tak, aby neinteragovala s energií vakua. Nebo možná potřebujeme formulovat teorii pole tak, aby energie vakua byla nulová. Jinak řečeno, existují jistá tajemství spojená s problémem kvantování gravitace, která jdou nad rámec divergencí.

Mnoho lidí pracujících v této oblasti plně souhlasí s tzv. ``mnohovesmírovou'' interpretací kvantové mechaniky. Co si o ní myslíte?

Nemám představu. Víte, v našem oboru máme ohromnou výhodu oproti jiným, protože své myšlenky prověřujeme experimentem. Když řeknete ``Nekonečna nejsou možná, budu muset udělat novou teorii,'' třeba se hluboce mýlíte. Vy tu novou teorii však zkusíte vytvořit a ona může souhlasit s experimentem nehledě na to, zda myšlenka, která vás k ní přivedla, je či není správná. Fakt, že nová teorie souhlasí s experimentem, je pěkný a vy jste něco objevil. Myšlenky, které jsme před chvílí vedli o tom, co je filozoficky konzistentní či filozoficky nutné, jsou pouze psychologické tlaky. Například když jsem byl mladý, vedla mne vpřed představa, že elektron nemůže působit sám na sebe. Představa, která se později ukázala nepotřebnou.

Máte tedy velice pragmatický pohled na věci?

Připouštím, že byste ho mohl nazývat pragmatický ve smyslu, že jediné, co mě zajímá, je najít soubor pravidel, která by souhlasila s chováním přírody, a nezkoušet jít příliš daleko za to. Zjistil jsem, že většina filozofických diskusí je psychologicky užitečná, ale nakonec, když se podíváte zpátky do historie, zjistíte, že to, co bylo kdysi řečeno s takovou pádností, je téměř vždy -- do jisté míry -- nesmyslné!

Přeložila Jana Slívová
Dokončení v následujícím čísle...
S Johnem Schwarzem o superstrunách zde...
Druhá superstrunová revoluce zde...


next up previous
Next: Pohádka (anebo matfyzácká zvrhlost?) Up: Obrazky zlutych ruzi 15 Previous: O jednom způsobu jak

Lubos Lumo Motl
Sat Oct 25 23:35:09 EDT 1997