A modern fizika honlapja

Cikkek


A húrelmélet és története 7.


Az M-elmélet viszont túlmutat a húrelméleteken. A határesetek közelében a legkisebb energiájú p-bránok húrként jelennek meg (vagy azzá tekerednek fel), de az elmélet szívében léteznie kell egy olyan paraméter tartománynak, ahol a p-bránok is könnyebbekké válnak, és beleszólnak a hétköznapi részecskék tulajdonságainak alakításába is. Ennek a tartománynak a feltárásáig még nagyon hosszú utat kell megtennie a kutatóknak.35




Azt már korábban láttuk, hogyan lesz úrrá a húrelmélet a mikroszkopikus tartományt kitöltő kvantumhab veszélyes fluktuációin. Van azonban még néhány olyan tartomány, ahol a korábbi elméletek érvényességüket vesztik.

Ezek közül a leghíresebb a fekete lyuk rémisztő szingularitása. Itt az általános relativitás elmélete kudarcot vall, ha az eseményhorizonton belüli történéseket próbáljuk megmagyarázni segítségével. Az M-elmélet sajátos módon nyújt segítséget a probléma feloldozásában. A korábban tárgyalt Calabi-Yau tereknek van egy speciális tulajdonsága, amit orbifold-transzformációnak neveznek. Ennek során egy adott Calabi-Yau tér szakítás nélkül átvihető egy másikba, miközben a fizikai törvények sehol sem sérülnek meg. Az orbifold-transzformáció segítségével kimutatható, hogy a Calabi-Yau terek közül sok különböző megjelenése ellenére is ugyanazt a fizikát testesíti meg (hasonlóan a húrok dualitásának elvéhez). Andrew Strominger 1995-ben kimutatta, hogy az a fekete lyukak keletkezésekor zajló folyamat, ami a relativitáselmélet sima háromdimenziós terét elszakította, a Calabi-Yau alakzatba tekeredett extradimenziós tér-időt „mindössze” orbifold-transzformációra kényszeríti. Azaz a fekete lyuk eseményhorizontján nem lép fel végtelen tértorzulás, így nem alakul ki valódi szingularitás. Mindettől függetlenül a hatalmas koncentrált tömeg átszakíthatná a teret, de az M-elmélet arra is megadja a választ, hogy miért nem történik ez meg.

A fekete lyuk anyaga az elmélet szerint parányi húrokból áll. Ezekből a parányi húrokból igen sok préselődik egy igen kis tértartományba, ezért a részecskék gravitációs mezejének energiája összeadódik, és egy olyan igen nagy energiát képviselő három-bránt hoz létre, mely gyakorlatilag beburkolja a fekete lyuk eseményhorizontját (akár a narancsot a csomagolóanyag). Ezen a három-bránon esnek csapdába az egydimenziós anyagi húrok, és többé nem is tudnak elszabadulni. A véges kiterjedés nagyenergiájú objektum jótékonyan megóvja a Calabi-Yau teret attól, hogy a csapdába ejtett anyag nulla méretű kis ponttá (szingularitássá) húzza össze.


Az S. W. Hawking által felfedezett fekete lyuk „sugárzás” is könnyen magyarázható az M-elmélet keretei között, ha figyelembe vesszük, hogy a fekete lyukat beburkoló három-brán felületén a kvantumos „nyüzsgés” továbbra is meghatározó. A fluktuációk következtében a felület közelében rengeteg virtuális húrpár jön létre, amelyek egyik fele kijuthat a térbe, a másik pedig negatív energiájával csökkenti a brán összenergiáját. Ha a brán kis tömegű, mérete is kicsi, akkor a felületének kvantumos hullámzása nagyobb, gyorsabban sugárzódik szét az energiája. A nagy tömegű fekete lyukak ellenben hatalmas három-bránt hoznak létre, melyen a kvantumos fluktuációk is kisebb mértékűek. Az M-elmélet tehát egyezésben áll Hawking elismert munkájával is.36

Végezetül még egy fontos dolgot szeretnék megmutatni az M-elmélet végtelen tárházából. A kvantumhab problematikájánál zárójelben megjegyeztük, hogy a Planck-hossz alatt egyszerűen nem beszélhetünk a tér és az idő létezéséről.

Ehhez a megállapításhoz szintén a húrelmélet összefüggései vezettek el, méghozzá a graviton tulajdonságainak a megértése. Említettük, hogy a Dirac által kidolgozott kvantum-elektrodinamika szerint az elektromágneses vákuumot fotonokból álló diszkrét mező tölti ki. A húrelmélet ezen csupán annyit módosít, hogy a fotonok nem pontszerű részecskék, hanem vibráló húrok, de a lényeg ugyanaz marad. A húrelméletben a gravitációs mező hasonlóképp áll elő, mint az elektromos mező az iménti szemléletben. A gravitációs erő legkisebb adagja a graviton (2-es spin rezgési mintázat), így a gravitációs mezőt ennek a speciális mintázatú húrnak a sokasága alkotja. A gravitációs mező azonban a téridő szövedékének görbüléseként nyilvánul meg, tehát a téridő szövedéke nem más, mint graviton rezgési mintázatú húrok rendezett tömege. Nem egyszerű ezt elképzelnünk, de ha a húrelmélet igaz, akkor az egész világegyetem egyetlen briliáns szimfónia, ahol a teret és az időt annak köszönhetjük, hogy „szférák zenéjére” a húrok szigorúan rendezett mintázatok mentén egyszerre járják táncukat. Ebből következően ha olyan mérettartományban vizsgáljuk a világegyetemet, ahol a „rendezett mintázat” nem figyelhető meg (a húr hosszával összemérhető távolságokon), egyszerűen nincs értelme sem térről, sem időről beszélni, hiszen maga a rendezett mintázat hozza létre a teret.37




Tekintsünk vissza a fizika XX. századi történetében tett lenyűgöző kalandozásunkra. Láthattuk, hogy a század elejére megérett a helyzet arra, hogy a lezártnak hitt newtoni világkép alapvető axiómáit megkérdő jelezzék a tudósok. Az évszázad első éveinek elméleti és kísérleti felfedezései két teljesen egyedülálló elmélet kialakulásához vezettek. A relativitás elve megmutatta, hogy a Newton által elképzelt térszemlélet csalóka, és a megfigyelők szimmetriájának feltételei egy négydimenziós rugalmas tér-idő szerkezet létezését követelik meg. A részecskefizikusok az anyag mikroszkopikus tulajdonságait kutatva azt találták, hogy a Newton által feltételezett szigorú folytonosságot sem „támogatja” az anyagi világ. Továbbá az is világossá vált, hogy a részecskék világát nem a szigorú ok-okozati összefüggések, hanem valószínűségi összefüggések irányítják.

Mind a relativitás, mind a kvantummechanika óriási sikereket ért el, de a tudósok nem akartak elődeik hibáiba esni, ezért kutatni kezdték az elméletek érvényességének határait. Hamarosan felfedezték, hogy a megalkotott elméletek bizonyos körülmények között ellentmondanak egymásnak, azaz valami még mindig nincs rendben a modern fizikával. A megoldás keresése a fizika leggyümölcsözőbb korszakát eredményezte. Részint a szerencse, részint a kitartó munka eredményeképpen a század 70-es éveire felmerült, hogy a problémák feloldozásához a newtoni fizika utolsó nyomait, a pontszerű részecske közelítést is át kell adni a múltnak. A húrelmélet tehát szinte mindenben szakított a XIX. századi világképpel. Figyelembe veszi a relativitás elvét, egyesíteni igyekszik a természet minden kölcsönhatását, szakít a folytonossággal és a determinisztikus világképpel, letesz a kiterjedés nélküli részecskék létezéséről, és eddig ismeretlen feltekeredett dimenziókat vezet be. Ennek a sok új elemnek a beépítése teszi annyira megnyerővé a húrelméletet, de ez is a fő problémája. A részletesség ára a számítások bonyolultságának növekedése. A húrfizikusok sokáig el is vesztek a közelítő számítások útvesztőiben, mígnem a XX. század végére a világegyetem szimmetria-tulajdonságainak felismerése segítségével megnyílt az út egy eddig ismeretlen tartomány: az M-elmélet felé.

A húrelmélet tehát nem a fizika fejlődésének a végét hozta el, mint ahogy annyian remélték, hanem valami teljesen új, eddig ismeretlen dolog előtt nyitotta meg az utat. A tudósok ismét hatalmasat léptek előre a világ megismerésében, mégis sokan úgy érzik az M-elmélet hasonló változások előszelét hordozza, mint amilyet annak idején a relativitás elmélet hozott a newtoni fizikában. Ki tudja, hány új, egyre részletesebb képet mutató ablakot lehet nyitni még a valóságra. Lehet, hogy végtelen sokat, de legyen bármilyen különös is az a hely, amelyre a tudósok bukkannak, ne feledjük, ez a világ nem más, mint az univerzum, ahol mi is élünk.




A tanulmányban szereplő ábrákat a tanulmány szerzője készítette.

1. Maxwell: az elektromágneses tér. In: Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete (Gondolat, Budapest, 1986) 325-327. o.
2. A fény sebességét először Ole Christensen Roemer dán csillagász mérte meg 1676-ben a Jupiter holdjainak segítségével, de földi körülmények között először csak 1849-ben tette meg Fizeau ugyanezt. W. Weber és R. Kohlrausch 1855-ben mérések alapján is felfedezte a Maxwell-egyenletekből következő összefüggést: az elektromos és a mágneses egységtöltések viszonya a fény vákuumban mért sebességével egyező. In: Simonyi Károly i. m. 332. o.
3. A főszereplők: Lorentz, Einstein, Poincare . Uo. 38 . o.
4. Mozgás a téridőben. In: Brian Greene: Az elegáns univerzum (Akkord, Budapest, 2003) 53-56. o.
5. A fény olyan nyugalmi tömeg nélküli részecske, mely csak térben mozog időben nem, tehát nem öregszik.
6. Fizikus szaknyelven szólva: a fény sebessége azért állandó, mert az univerzum tér-idő szerkezete invariáns a Lorentz transzformációra.
7. Távolság és időmérés In: Simonyi Károly i. m. 386. o.
8. Az energia-impulzus négyesvektor. In: Taylor – Wheeler: Téridő fizika (Gondolat, Budapest, 1974) 182. o.
9. A tömeg-energia ekvivalencia. In: Simonyi Károly i. m. 389. o.
10. A jól ismert képlet szerint F = γ * (m1 * m2) / r2 számítható a testek között ébredő gravitációs erő. Ez a képlet valóban nem tartalmaz utalást arra, hogy időben miként zajlik a két test közötti erőhatás felépülése.
11. Eötvös Lóránd. In: Simonyi Károly i. m. 396. o.
12. Eukleidész görög matematikus által megalkotott alapvető geometriai axiómarendszer. A „sík” (nem görbült) három-dimenziós tér ennek a szabályrendszerét követi.
13. Einstein a téridőről. In: Simonyi Károly i. m. 396. o.
14. A görbült terek geometriája Gausz, Bolyai és Lobacsevszkij XIX. századi matematikusok nevével fémjelzett axiómákon alapulnak. Lásd még: Einstein almája: L. Mlodinow: Eukleidész ablaka (Akkord, Budapest, 2003) 193. o.
15. Sir Arthur Eddington csillagász szervezte expedíció, az 1919-es nyugat-afrikai napfogyatkozás alkalmával kísérletileg is igazolta Einstein jóslatát. In: Brian Greene i. m. 76. o.
16. Uo. 75. o.
17. Feketesugárzás a klasszikus fizikában. In: Simonyi Károly i. m. 40 . o.
18. Az energiakvantum megjelenik. Uo. 406. o. és Max Planck: Válogatott tanulmányok (Gondolat, Budapest, 1965) 62-76. o.
19. Energiaadagok a századfordulón. In: Brian Greene i. m. 94. o.
20. A hullámmechanika. In: Simonyi Károly i. m. 419. o.
21. Kvantumos furcsaság. In: Brian Greene i. m. 106. o.
22. Mit tudunk az anyagról? Uo. 18. o.
23. Kvantumtérelméletek. Uo. 113. o. és Horváth Dezső: A Standard Modell. = Természet Világa 2000/III. különkiadás 4-9. o.
24. Általános relativitás vagy kvantummechanika? In: Brian Greene i. m. 119. o.
25. Fizikai törvények természete. Uo. 153. o.
26. A spin. Uo. 156-163. o. és S. W. Hawking: Az idő rövid története (Maecenas, Budapest, 1995) 76-79. o.
27. Egyesítés több dimenzióban. In: Brian Greene i. m. 175-178. o.
28. A húrelmélet története. Uo. 128. o.
29. Egyesítés a húrelméleten keresztül. Uo. 133. o.
30. Szuperszimmetria a húrelméletben. Uo. 163. oldal
31. Michael B. Green: Szuperhúrok. = Scientific American 1986/11. 24-36. o.
32. Milyenek a felcsavarodott dimenziók? In: Brian Greene i. m. 183. o. és Húrelmélet – J. C. Wheeler: Kozmikus katasztrófák (Alexandra, Budapest, 2000) 344-350. o.
33. A közelítő módszer. In: Brian Greene i. m. 248. o.
34. Dualitás. Uo. 256. o.
35. Feldereng az M-elmélet. Uo. 265. o.
36. A kiterjesztések demokráciája. Uo. 270. o. és Szép új brán világ. In: S. W. Hawking: A világegyetem dióhéjban (Akkord, Budapest, 2002) 173-200. o.
37. Fekete lyukak a húrelmélet szerint. In: Brian Greene i. m. 75-296. o.
38. Mi a tér és az idő? Uo. 326. o.
Facebook TwitThis IWIW Google Digg del.icio.us MySpace
Dátum: 2010.07.25 12:14:18 - HOZZÁSZÓLÁSOK: 0 db

Hozzászólást csak regisztrált felhasználók írhatnak! Regisztráció itt!

 


vissza a címoldalra összes bejegyzés








Milyen témában olvasnál még több cikket?
Eredmények
További szavazások
 
 
 
E-mail:
Jelszó:
 Regisztráció
Elfelejtett jelszó
 
 


modernfizika.lapunk.hu címoldaláraLap tetejéreOldaltérképHirdess oldalainkon!
ingyen honlap
Powered by lapunk.hu - Legyen neked is egy ilyen oldalad ingyen!