Библиотека

Брајан Грин: Теорија струна

У првој овогодишњој Библиотеци читамо део класика научнопопуларне књижевности, Елегантни космос Брајана Грина

Текст: Брајан Грин (одломак из књиге Елегантни Космос, Хеликс, 2009.) 

Чак и пре открића специjалне релативности, било jе jасно да Њутновоj теориjи недостаjе jедан битан аспект. Премда се помоћу ње врло прецизно може предвидети кретање обjеката под утицаjем гравитациjе, она не указуjе на то шта jе гравитациjа. Њутнова теориjа не открива како неко тело утиче на кретање другог тела, удаљеног можда чак и стотине милиjарди километара. Како гравитациjа ради то што ради? И сам Њутн jе био свестан тог проблема. Написао jе:

“Незамисливо jе да проста, нежива материjа, без посредовања нечег другог што ниjе материjално, деjствуjе и утиче на другу материjу без непосредног контакта. Идеjа да би гравитациjа требало да буде природна, основна и урођена одлика материjе, таква да jедно тело може да делуjе на друго, удаљено тело, кроз вакуум, без посредовања било чега другог што би преносило утицаjе и силу од jедног до другог, по мени jе велики апсурд коjи ниjедан човек са одговараjућим образовањем из филозофиjе не може да прихвати. Гравитациjу мора да изазива посредник коjи без престанка делуjе према одређеним законима; али, одговор на питање да ли jе таj посредник материjални или нематериjални, препуштам читаоцима.” 

Дакле, Њутн jе прихватио да гравитациjа постоjи и осмислио jедначине коjе прецизно описуjу њене ефекте, али никада ниjе исказао мишљење о томе на коjи начин гравитациjа функционише. Дао jе свету упутство за употребу гравитациjе, на основу кога су физичари, астрономи и инжењери са успехом програмирали путање ракета ка Месецу, Марсу и другим планетама Сунчевог система, предвиђали помрачења Сунца и Месеца, кретања комета итд. Али сам механизам, садржаj „црне кутиjе“ гравитациjе, остао jе потпуно непознат. У сличном стању блаженог незнања можда се и сами налазите када користите ЦД уређаj или рачунар, без икакве представе о томе како они раде. Све док умете да користите опрему, ни ви нити ико други не морате знати како извршава задатак коjи jоj задате. Али, ако се ЦД уређаj или рачунар покваре, да би се поправили ваља знати како функционишу.

Ако сам и видео даље, то је зато што сам стајао на раменима дивова.

- Исак Њутн

Слично томе, Аjнштаjн jе схватио како jе, упркос вишевековним експерименталним доказима, специjална релативност указивала на то да се Њутнова теориjа некако „покварила“ и да се може поправити само уз истинско и свеобухватно познавање природе гравитациjе.

Године 1907, размишљаjући о овом проблему за своjим столом у Патентном заводу у шваjцарском граду Берну, Аjнштаjн jе дошао на кључну идеjу коjа ће га, уз повремена лутања, одвести до радикално другачиjе, нове теориjе гравитациjе. Таj нови приступ не само да ће попунити празнине у Њутновноj теориjи, већ ће и сасвим изменити нашу представу о гравитациjи и то – што jе наjважниjе – тако да буде потпуно усаглашена са специjалном релативношћу.

Аjнштаjново сагледавање гравитациjе релевантно jе за питање коjе вас jе можда мучило у поглављу 2. Ту смо истакли да нас занима како свет изгледа поjединцима коjи се релативно крећу константном брзином. На основу пажљивог поређења опажања тих поjединаца, извели смо драматичне закључке о природи простора и времена. Али, шта се дешава с поjединцима коjи се крећу убрзано? Њихова опажања су сложениjа и теже их jе анализирати него опажања посматрача коjи се крећу константном брзином – али се ипак с правом можемо запитати може ли се укротити та сложеност и припоjити убрзано кретање новом, релативистичком сагледавању простора и времена.

Седео сам у столици, у заводу за патенте у Берну, када ми је одједном пала на памет мисао: Ако особа слободно пада, неће осећати сопствену тежину. Био сам затечен. Ова једноставна мисао оставила је снажан утисак на мене. Подстакла ме је у правцу теорије гравитације.

- Алберт Ајнштајн

Аjнштаjну jе пала на памет „наjсрећниjа мисао“ и сагледао jе како да се то оствари. Да бисте схватили његову идеjу, замислите да jе 2050. година и да сте главни стручњак у ФБИ за бомбе. Управо сте примили позив – нека особа вас jе избезумљеним гласом обавестила да jе у самом центру Вашингтона постављена застрашуjућа бомба. Пошто сте доjурили на то место и прегледали експлозивни уређаj, ваше наjцрње слутње су се потврдиле: пред вама jе нуклеарна бомба силне разорне моћи. Чак и кад бисте jе закопали дубоко у земљу или потопили у дубину океана, штета коjу би направила била би несагледива.

Пажљиво сте проучили механизам за детонациjу и схватили да нема наде да ћете jе деактивирати. Штавише, спазили сте да има до тада невиђену замку за активирање. Бомба jе причвршћена за вагу. Ако очитавање на скали одступи од текуће вредности тежине за више од 50 посто, бомба ће експлодирати. Механизам за одброjавање показуjе да jе остало недељу дана до детонациjе. Судбина милиона jе у вашим рукама – шта ћете урадити?

Дакле, пошто сте закључили да нема места на земљи где бомба не би нанела већу штету, немате избора: морате jе послати далеко у свемир, где њена експлозиjа неће имати погубне последице. Износите ту идеjу на састанку вашег тима у штабу ФБИ и скоро истог трена, млади асистент критикуjе план. „Ваш план има озбиљан недостатак“, каже ваш асистент Исак. „Како се бомба буде удаљавала од Земље, биће све лакша, jер ће се смањивати гравитациона сила коjом на њу делуjе наша планета. То значи да ће се очитавање на скали смањити до критичне тежине много пре него што бомба стигне у дубоки свемир.“ Нисте стигли ни да поштено размислите о тим речима, кад jе у разговор ускочио Алберт, други млади асистент: „Заправо, постоjи jош jедан проблем. Jеднако озбиљан као Исакова примедба, само што jе сложениjи, па вас молим за стрпљење док будем обjашњавао.“ Желећи да на час мирно размислите о Исаковоj примедби, покушавате да прекинете Алберта, али њега, као и обично, не можете зауставити када крене.

Неки људи мисле да је Велики Прасак теорија о томе како је универзум настао, али то није тачно. Велики Прасак је теорија о томе како је универзум еволуирао од оног делића секунде након што је доведен у постојање.

- Брајан Грин

„Да би се бомба послала у свемир, морали бисмо да jе причврстимо за ракету. Док ракета буде убрзавала нагоре, очитавање на скали ће расти, па ће бомба опет прерано експлодирати. Видите, основа бомбе коjа належе на вагу са скалом притискаће вагу jаче него кад бомба мируjе – као што путник у аутомобилу коjи убрзава снажниjе належе на наслон. Бомба ће притиснути вагу као што путник притиска наслон седишта. Очитавање на скали ће се повећати, и бомба ће експлодирати ако jе повећање тежине веће од педесет посто.“

Захваљуjете Алберту на запажању. Пошто сте престали да га слушате како бисте у мислима обрадили Исакову примедбу, утучено саопштавате да jе довољан само jедан кобни ударац да би се убила идеjа, а Исакова очигледно исправна замерка jе то већ учинила. Помало безвољно, питате да ли неко има предлог. У том тренутку, Алберт долази до чудесног открића: „Кад мало боље размислим, jасно ми jе да ваша идеjа ниjе мртва. Исак jе закључио да ће због смањења гравитациjе, очитана тежина бити мања. Jа сам указао на то да ће због убрзања ракете доћи до повећања тежине. Ако пажљиво испланирамо како ће ракета да убрзава, ова два ефекта могу се међусобно поништити! Конкретно – при самом лансирању, док jе ракета jош увек под пуним утицаjем Земљине гравитациjе, она може да убрзава, али не превише нагло, тако да тежина бомбе не порасте више од педесет посто. Како се ракета буде удаљавала од Земље, гравитациjа ће се смањивати, па ћемо морати да повећамо убрзање, да би се компензовало смањење тежине. Повећање тежине услед убрзања може да буде jеднако смањењу тежине услед опадаjућег гравитационог привлачења – дакле, могуће jе да на оваj начин одржимо константно очитавање на скали!“

Присутнима jе Албертов предлог бивао све смислениjи. „Другим речима“, напомињете, „убрзање нагоре може да послужи као допуна или замена за гравитациjу. Помоћу срећно испланираног убрзаног кретања, можемо симулирати деjство гравитациjе.“

„Баш тако“, одговара Алберт.

„Дакле“, настављате, „можемо да лансирамо ракету у свемир и пошто пажљиво подесимо убрзање, очитавање на скали неће се мењати па ћемо спречити да бомба експлодира пре него што доспе на безбедну удаљеност од Земље.“ Подешаваjући убрзање и гравитациjу, помоћу прецизне ракетне технике двадесет првог века, моћи ћете да спречите катастрофу.

Препознавање да су гравитациjа и убрзање дубоко преплетени, срж jе идеjе на коjу jе Аjнштаjн дошао jедног сретног дана у Патентном заводу у Берну… Ту неразлучивост између убрзаног кретања и гравитациjе Аjнштаjн jе назвао принцип еквиваленциjе. Оваj принцип има кључну улогу у општоj релативности.

Брајан Грин

 Елегантни космос

Превод:  Ана Jешић, Александар Драгосављевић

Браjан Грин, jедан од вох теоретичара струна данашњице, у књизи Елегантни космос скида вео мистериjе са теориjе струна и открива свемир коjи се састоjи од jеданаест димензиjа, чиjе се ткање само пара и спаjа, а сва материjа у њему – од маjушних кваркова до џиновских супернова – сачињена jе од вибрациjа микроскопски малих енергетских петљи.

Физичари и математичари широм света раде упоредо и предано на jедноj од наjамбициозниjих теориjа коjе jе наука изродила: теориjи суперструна. Теориjа струна, како се често назива, кључ jе за дефинисање теориjе обjедињених поља о коjоj jе Аjнштаjн сањао више од тридесет година. Такође, ова теориjа разрешила jе вековни сукоб између теориjе о великом свету – опште релативности – и теориjе о малом свету – квантне теориjе. Теориjа струна говори да су сва чудесна дешавања у свемиру, од дивљег плеса субатомских кваркова, до несагледивих вртлога небеских галаксиjа, само одрази величанственог физичког принципа и испољавања jедног ентитета: микроскопски малих вибрираjућих енергетских петљи, милиjарди милиjарда пута мањих од атома. У овоj освежаваjуће jасноj књизи, популарно написаноj, Грин спаjа причу о науци и људским борбама иза потраге физике двадесетог века о теориjи свега.

Истражите друге текстове:


Grb Republike Srbije
ecsite nsta eusea astc

ЦПН
Улица краља Петра 46
11000 Београд
Република Србија
+381 11 24 00 260
centar@cpn.rs