Struny před druhou revolucí

Zásadní pokroky v chápání světa kolem nás byly v posledním století dosaženy zaměřením se na zjevné protiklady mezi dobře zavedenými teoretickými strukturami. V každém z případů si smíření vyžádalo lepší teorii, často přinášející nové koncepce a působivé experimentální předpovědi.

Těmito objevy byla speciální relativita, kvantová mechanika, obecná relativita a kvantová teorie pole. Na jedno století je to pokrok veliký, nicméně zůstává jeden rozpor - mezi obecnou relativitou a kvantovou teorií pole. Mnozí teoretici jsou přesvědčeni, že odpovědí je teorie superstrun. Během posledních dvou let došlo k značnému pokroku v jejím chápání, k objevům, které tvoří ``druhou superstrunnou revoluci''.

Existují různé problémy, na které člověk narazí při snaze skloubit obecnou relativitu a kvantovou teorii pole. Teoretik pole asi vypíchne nerenormalizovatelnost obecné relativity neboli fakt, že singularity při krátkých vzdálenostech jsou tak kruté, že selhávají obvyklé metody pro zacházení s nimi. Nahradíme-li bodové částice jednorozměrnými strunami, překonáme tím určitě problém poruchové nerenormalizovatelnosti.

Relativista by mohl ukázat na jinou potíž, jak chápat kauzální strukturu časoprostoru, má-li metrika kvantové fluktuace. K tomu je třeba přidat hromadu problémů spojených s černými děrami, jako třeba fundamentální původ jejich termodynamických vlastností a zjevná ztráta kvantové koherence. Pokud by k ní opravdu docházelo, vyžádalo by si to modifikaci základní struktury kvantové mechaniky. Relativistova sada otázek nemůže být zcela správně určena pro poruchovou teorii, ovšem právě nynější objevy vedou k chápání neporuchové fyziky. Většina teoretiků strun je přesvědčena, že jejich teorie poskytne uspokojivé řešení těchto problémů bez jakékoliv modifikace kvantové mechaniky. Skutečně, existují náznaky toho, že kvantová teorie bude jednou nahlížena jako důsledek nebo alespoň nutná součást superstrun.

U každé nové teoretické stavby je žádoucí, aby poskytovala ověřitelné experimentální předpovědi. Teorie superstrun zatím spolehlivé konkrétní předpovědi vlastností elementárních částic nepodala, ačkoliv bylo provedeno mnoho působivých pokusů. Podle názoru autora, pokrok v těchto směrech vyžaduje lepší pochopení teorie, než jaké jsme zatím dosáhli. Je těžké určit, zda tato úroveň porozumění už je za rohem, nebo si vyžádá několik dalších desetiletí a revolucí. Ovšem i bez takových jasných experimentálních předpovědí, můžeme ukázat na tři obecné a povzbudivé předpovědi.

• První je existence gravitace, při nízkých energiích aproximované obecnou relativitou. Žádná jiná kvantová teorie tohle nedokázala (a máme podezření, že také nikdy nedokáže).
• Druhou je, že superstrunná vakua obecně obsahují Yang-Millsovy kalibrační teorie obdobné těm, které tvoří ``standardní model'' elementárních částic.
• Třetí obecnou předpovědí, dosud experimentálně neověřenou, je existence supersymetrie při nižších energiích (v elektroslabém měřítku). Jsou známky naděje, že se může projevit ještě v tomto století v CERNu nebo Fermilabu.