[ Pobierz całość w formacie PDF ]
znaczenie, ponieważ pojawia się wielokrotnie, gdy fizycy rozważają możliwość
istnienia wyższych wymiarów we Wszechświecie.
Wyobrazmy sobie cylinder i poruszajÄ…cego siÄ™ po nim inteligentnego
robaczka. Dopóki obwód cylindra jest duży w porównaniu z rozmiarem robaczka,
może on wędrować w obu wymiarach i będzie mu się zdawało, że przemieszcza się
po dwuwymiarowej powierzchni.
Jeśli jednak obwód cylindra stanie się bardzo mały, robaczek będzie się
poruszał po obiekcie jednowymiarowym - to znaczy po linie lub strunie - tylko w
górę lub w dół:
Zastanówmy się teraz, w jaki sposób robaczek mógłby dowiedzieć się, że
istnieje inny wymiar, odpowiadajÄ…cy obwodowi cylindra. Za pomocÄ… mikroskopu
mógłby określić szerokość struny . Długość fali promieniowania potrzebnego do
wykrycia tak małych rozmiarów musiałaby dorównać średnicy cylindra lub być
mniejsza, ponieważ, jak zauważyłem w rozdziale
piątym, fale rozpraszają się tylko na tych obiektach, których rozmiary są co
najmniej porównywalne z długością fal. Ponieważ energia promieniowania rośnie,
gdy długość fali maleje, aby zobaczyć ten dodatkowy wymiar, potrzebna byłaby
pewna minimalna energia.
Gdyby piąty wymiar był w jakiś sposób zwinięty w ciasny okrąg, dopóki
nie zogniskowalibyśmy dużej ilości energii na małej przestrzeni, nie moglibyśmy
wysyłać przezeń fal, umożliwiających stwierdzenie, że istnieje, i świat nadal
wydawałby się nam czterowymiarowy. Wiemy, że przestrzeń jest trójwymiarowa,
ponieważ możemy ją badać za pomocą fal rozchodzących się we wszystkich trzech
wymiarach. Jeśli okazałoby się, że fale, które chcemy wysłać do piątego wymiaru,
wymagają znacznie większych energii, niż potrafimy wyprodukować nawet w
największych akceleratorach, nie moglibyśmy doświadczać tego dodatkowego
wymiaru.
Teoria Kaluzy-Kleina, mimo że sama w sobie interesująca, nie jest kompletna.
Po pierwsze, nie wyjaśnia ona, dlaczego piąty wymiar miałby być zwinięty w mały
okrąg. Po drugie, wiemy obecnie o istnieniu dwóch innych, poza
elektromagnetyzmem i grawitacją, podstawowych oddziaływań w naturze -silnych i
słabych oddziaływań jądrowych. Dlaczego mielibyśmy się zatrzymać na piątym
wymiarze? Czy nie należałoby włączyć do teorii wystarczającej liczby dodatkowych
wymiarów, by pomieścić wszystkie fundamentalne oddziaływania?
Współczesna fizyka cząstek poszła tą właśnie drogą. Badania w dziedzinie,
zwanej teorią superstrun, skupiały się początkowo na próbach rozszerzenia ogólnej
teorii względności, tak aby można było skonstruować spójną teorię kwantowej
grawitacji. W końcu jednak powrócił problem zunifikowanej teorii wszystkich
oddziaływań.
Wspominałem już o kłopotach związanych ze stworzeniem teorii, w której
ogólna teoria względności byłaby zgodna z mechaniką kwantową. Główną trudnością
jest tutaj próba zrozumienia, w jaki sposób należy traktować kwantowe fluktuacje
czasoprzestrzeni. W teorii cząstek elementarnych kwantowe wzbudzenia pól - na
przykład pola elektrycznego przejawiają się jako cząstki elementarne, czyli kwanty.
Gdy jednak próbujemy zrozumieć kwantowe wzbudzenia pola grawitacyjnego -które
w ogólnej teorii względności odpowiadają kwantowym wzbudzeniom
czasoprzestrzeni - obliczenia matematyczne prowadzą do absurdalnych przewidywań.
Postęp, jaki dokonał się w teorii strun, polegał na wysunięciu hipotezy, że na
poziomie mikroskopowym, czyli w bardzo małych skalach (bliskich 10~33
centymetra), gdzie efekty kwantowej grawitacji mogą być istotne, to, co uważamy za
punktowe cząstki elementarne, można w rzeczywistości opisać jako wibrujące struny.
Masa każdej cząstki odpowiadałaby w pewnym sensie energii drgań tych strun.
Tę raczej dziwaczną propozycję wysunięto dlatego, że w latach
siedemdziesiątych odkryto, iż taka teoria wymaga istnienia cząstek o tych samych
własnościach, co kwantowe wzbudzenia czasoprzestrzeni, zwane grawitonami.
Ogólna teoria względności byłaby więc w pewnym sensie zawarta w teorii strun w
sposób zgodny z mechaniką kwantową.
Kwantowa teoria strun nie może być jednak matematycznie spójna w czterech,
pięciu, ani nawet w sześciu wymiarach. Okazuje się, że potrzeba do tego albo
dziesięciu, albo dwudziestu sześciu wymiarów! Porucznik Reginald Barclay - gdy na
chwilę po zderzeniu z sondą cyteriańską osiągnął iloraz inteligencji równy 1200 -
odbył nawet w holodeku poważną dyskusję z Albertem Einsteinem na temat tego,
która z tych dwóch możliwości bardziej sprzyja włączeniu mechaniki kwantowej do
teorii względności.
Ów nadmiar wymiarów może siÄ™ wydawać kÅ‚opotliwy, ale szybko
uświadomiono sobie, że otwiera on także pewne możliwości. Niewykluczone, że
wszystkie fundamentalne oddziaływania w przyrodzie dałoby się włączyć do teorii
dziesięciu lub więcej wymiarów, z których wszystkie, z wyjątkiem znanych nam
czterech, zwijają się do rozmiarów Plancka (1033 centymetra) -jak przypuszczał
porucznik Barclay - i sÄ… obecnie niewykrywalne.
Niestety, wielkie nadzieje okazały się płonne. Nie mamy obecnie pojęcia, czy
nieśmiałe postulaty teorii strun mogą prowadzić do stworzenia zunifikowanej Teorii
Wszystkiego. Podobnie jak w przypadku teorii Kaluzy-Kleina, nie jest jasne,
dlaczego wyższe wymiary, jeśli istnieją, miałyby się zwijać, pozostawiając
czterowymiarową czasoprzestrzeń.
Morał z tej opowieści jest następujący: możliwe, że we Wszechświecie
istnieją wyższe wymiary. Te dodatkowe wymiary nie mają jednak nic wspólnego z
przestrzeniami zamieszkiwanymi przez obce istoty, lubujÄ…ce siÄ™ w porywaniu
pacjentów oddziałów psychiatrycznych (lub na przykład komandora Ri-kera). Nie są
one równoległymi wszechświatami . Nie należy ich także mieszać z czterema
wymiarami czasoprzestrzeni, twierdząc, że możliwe jest przenoszenie przedmiotów z
jednego miejsca w drugie poprzez inny wymiar, na co wydaje się pozwalać
podprzestrzeń we wszechświecie Stor Trek.
Nie możemy jednak wykluczyć istnienia mikroskopowych, czy nawet
makroskopowych pomostów pomiędzy innymi (równoległymi) wszechświatami,
które bez nich są rozłączone. W ogólnej teorii względności obszary o bardzo dużej
krzywiznie - we wnętrzu czarnej dziury lub w tunelu czasoprzestrzennym - mogą
łączyć zwykle nie powiązane i potencjalnie bardzo rozległe obszary czasoprzestrzeni.
Biorąc pod uwagę obecny obraz Wszechświata, nie widzę powodu, dla którego
należałoby spodziewać się występowania takich zjawisk poza czarnymi dziurami i
tunelami czasoprzestrzennymi. Ponieważ jednak nie możemy tego wykluczyć,
powinniśmy pogodzić się z tym, że statki Federacji wciąż je napotykają.
ANYONY. W odcinku Następna faza serii Następne pokolenie w wyniku
jednoczesnego działania transportera i romulanskiego urządzenia maskującego, które
powoduje, że materia jest niezgodna w fazie z inną materią, Geordi LaForge i Ro
Laren znikają. Uznani za zmarłych, pozostają niewidoczni i oddzieleni od świata aż
do czasu, gdy Data modyfikuje w innym celu emiter anyonów i w cudowny sposób
odfazowuje ich.
Jeśli twórcy Stor Trek nigdy nie słyszeli o anyonach - a założę się, że tak było
[ Pobierz całość w formacie PDF ]