Jaki jest obecny status teorii strun Zapytaj Fizyka

Jaka jest obecna sytuacja teorii strun? Według wielu uczonych jest to „ślepa uliczka”, a projekt „teoria strun” jest utrzymywany przy życiu tylko
ze względu na duże pieniądze, które jeszcze są udostępniane.

ODPOWIEDŹ

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Status teorii strun jest bez wątpienia bardzo ciekawy — na pewno na tyle, że dociekliwość naukowa wymaga dalszego badania tej teorii, a wedle jeszcze
większej ilości uczonych (w tym takich, których dokonania zostały uznane przyznaniem nagród Nobla, medali Fieldsa, i innych prestiżowych wyróżnień)
opinie wyrażone w drugim zdaniu pytania są niesłuszne (w szczególności mówienie o dużych pieniądzach jest nieporozumieniem — jak na razie teoria
strun jest dziedziną teoretyczną, której ᜵nansowanie jest znikome w porównaniu z jakimikolwiek dziedzinami doświadczalnymi).

Z jednej strony rzeczywiście należy przyznać, że (jak dotąd) teoria strun nie spełniła pokładanych w latach ’80 i ’90 XX w. nadziei — tzn. dotychczas nie
okazała się być „teorią wszystkiego”, której przewidywania można by sprawdzić eksperymentalnie. Ponadto hipotetyczne struny, których różnego
rodzaju wzbudzenia przejawiać by się miały w postaci znanych obecnie (i jeszcze nieznanych) cząstek elementarnych, miałyby być na tyle znikomych
rozmiarów, że obecne doświadczenia nie byłyby w stanie ich wykryć. Brak możliwości eksperymentalnej wery᜵kacji teorii jest bez wątpienia istotnym
problemem. Natomiast warto zaznaczyć, że brak nowych danych eksperymentalnych nie jest jedynie problemem teorii strun, ale w dużej mierze całej
᜵zyki wysokich energii; np. jak dotąd największym odkryciem nowego, potężnego akceleratora LHC w CERN jest zidenty᜵kowanie cząstki Higgsa, która
teoretycznie przewidziana została już w roku 1964 — natomiast jak dotąd LHC nie dostarczyło innych wyników, które można by nazwać przełomowymi
(np. odkrycia nowych cząstek, supersymetrii, itp.).

Z drugiej strony, teoria strun okazała się niezwykle głębokim schematem teoretycznym, który w dużej mierze zmienił nasz punkt widzenia na naturę
oddziaływań fundamentalnych, a także doprowadził do wielu przełomów w matematyce. Z tych punktu widzenia teoria strun odniosła bardzo duże
sukcesy. Po pierwsze jest ona jedyną teorią, która w spójny sposób łączy i godzi ze sobą teorię pól z cechowaniem (na których oparta jest cała ᜵zyka
cząstek elementarnych), z ogólną teorią względności — tzn. z samego charakteru oddziaływań strunowych naturalnie wynikają równania pól
z cechowaniem, jak też równania Einsteina teorii względności. Po drugie, teoria strun przewiduje, że (przynajmniej w pewnych przypadkach)
oddziaływania pól z cechowaniem można opisać poprzez oddziaływania grawitacyjne (i

vice versa) — jest to niezwykle intrygujący wniosek, który

w dodatku znalazł zastosowanie przy analizie doświadczeń prowadzonych w „zderzaczu ciężkich jonów” RHIC; w tym sensie można zatem powiedzieć,
że przewidywania teorii strun znajdują eksperymentalne zastosowania. Teoria strun wymaga także istnienia supersymetrii oraz dodatkowych
wymiarów, których poszukiwaniu również poświęcone są eksperymenty w LHC w CERN — istnienia supersymetrii i dodatkowych wymiarów nie można
tak po prostu wykluczyć, i warto ich poszukiwać nawet bez względu na przewidywania teorii strun.

Należy też podkreślić, że aparat teoretyczny teorii strun jest związany z wieloma innymi działami ᜵zyki: oczywiście ze wspomnianymi już teorią cząstek
elementarnych i teorią grawitacji, a także ᜵zyką statystyczną, ᜵zyką materii skondensowanej, etc. Czołowi ᜵zycy zajmujący się teorią strun dokonali
ważnych odkryć także w tych innych dziedzinach — świadczy to o tym, że teoria strun nie jest hermetyczną dziedziną, a naukowcy nią się zajmujący
są ᜵zykami o szerokich horyzontach, którzy zajmują się po prostu tym, co jest ważne i istotne. Jeśli ktokolwiek zaproponowałby inną teoretyczną
konstrukcję, która np. w naturalny sposób łączyłaby teorię pól z cechowaniem z teorią względności, to na pewno ᜵zycy pracujący nad teorią strun
takiemu pomysłowi uważnie by się przyjrzeli i (bez żadnych uprzedzeń) zaczęli badać jego konsekwencje, z czysto naukowej ciekawości. Natomiast (i być
może niestety?) innych teorii o takich własnościach jak dotąd nikt nie jest w stanie zaproponować.

Wreszcie, teoria strun przyczyniła się do przełomowych odkryć w matematyce — już samo to wystarczyłoby za argument, że warto tę teorię rozwijać.
Np. w wyniku naprawdę niezwykłych przewidywań teorii strun powstała bardzo prężna dziedzina, zwana symetrią lustrzaną. Teoria strun miała (i ma)
też bardzo duży wpływ na rozwój teorii węzłów, oraz innych dziedzin matematyki. Za prace związane z zagadnieniami związanymi z teorią strun medale
Fieldsa (najwyższe wyróżnienia w matematyce) otrzymali Edward Witten oraz Maxim Kontsevich; inni medaliści Fieldsa, którzy zajmują się

16.05.2016

Jaki jest obecny status teorii strun? | Zapytaj Fizyka

https://zapytajfizyka.fuw.edu.pl/pytania/jakijestobecnystatusteoriistrun/

2/2

(http://uw.edu.pl/)

Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego

ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa

tel. +48 22 553 20 00

www.fuw.edu.pl (http://www.fuw.edu.pl/)

Opieka merytoryczna dr hab. Piotr Sułkowski (http://psulkows.fuw.edu.pl/)

Wykonanie i opieka techniczna xemlock (http://xemlock.pl/)

zagadnieniami związanymi z teorią strun, lub których wyniki bezpośrednio z tą teorią się łączą, to m.in. Michael Atiyah, Simon Donaldson, Richard
Borcherds, Shing-Tung Yau, Andrei Okounkov. Nie może być przypadkiem, że prace wybitnych matematyków łączą się z teorią strun; bez wątpienia jest
to przejawem intrygującej jedności ᜵zyki i matematyki, obserwowanej w całej nowożytnej historii tych nauk.

Podsumowując, teoria strun jest bardzo intrygującym pomysłem teoretycznym, który bez wątpienia miał (i ma) wpływ na nasze rozumienie natury
fundamentalnych oddziaływań ᜵zycznych, a także bardzo silnie przyczynił się do rozwoju matematyki w ostatnich dekadach. Na pewno teoria ta jest jest
warta dalszej analizy. Z dużym prawdopodobieństwem można spodziewać się dalszych odkryć teoretycznych z nią związanych oraz wpływu na inne
dziedziny ᜵zyki i matematyki. Bez wątpienia też ważne odkrycia doświadczalne w dziedzinie cząstek elementarnych (w szczególności w dalszej
działalności LHC) będą poważnie analizowane pod kątem zgodności z tą teorią.

(https://zapytaj᜵zyka.fuw.edu.pl/pytan ia-

(https://zapytaj᜵zyka.fuw.edu.pl/pytan ia-

kategorie/grawitacja/)



Grawitacja

(https://zapytaj᜵zyka.fuw.edu.pl/pytan ia-

kategorie/teoria-wzglednosci/)

