Přes heroické úsilí je fyzika stále rozpolcená. Problémy makrosvěta řešíme teorií gravitace podle Einsteina, čili obecnou teorií relativity. Na mikrosvět zase nasazujeme kvantovou mechaniku. Nicméně, člověk ani nemusí být nemluvným géniem, aby viděl, že nám stále něco podstatného uniká. Jak obecná relativita, tak i kvantová mechanika úžasným způsobem fungují ve svém světě, ale za jeho hranicemi, či v některých extrémních situacích, na tom najednou jsou velice bídně.
Problémy jsou například s gravitony, částicemi, které by měly zprostředkovávat gravitační sílu mezi tělesy, s kvantovou pěnou, která popisuje chování časoprostoru v měřítku Planckovy délky, s vyzařováním černých děr a samozřejmě také s Velkým třeskem. V šílené singularitě, která měla odstartovat vznik našeho vesmíru, by totiž podle všeho nefungovala ani obecná relativita, ani kvantová mechanika.
Jak z toho ven? Celá fyzika se teď intenzivně snaží vytvořit všeobjímající teorii, která by respektovala obecnou relativitu i kvantovou mechaniku. Všichni hledají kvantovou teorii gravitace. Steffen Gielen z kanadského Hraničního institutu teoretické fyziky ve Waterloo, Ontario a jeho dva kolegové na to šli tak, že rozsekali kontinuální prostor v obecné relativitě na nepatrné, elementární a navzájem oddělené kousky, kvanta prostoru, na které pak mohli s kvantovou fyzikou.
Tímto způsobem se pokusili překonat kritický problém na cestě ke kvantové gravitaci, totiž jak nějakým rozumným způsobem překlenout monstrózní rozdíly v prostorovém měřítku, běžně panující mezi kvantovými jevy a jevy v rozlehlém vesmíru. Jejich přístup vychází z takzvané grupové teorie pole (Group field theory), což je vlastně, velmi stručně řečeno, kvantová teorie pole naroubovaná na Lieově grupě. Grupová teorie pole je velmi blízké smyčkové kvantové gravitaci, spinové pěně, či podobným konceptům kvantové gravitace.
Gielen a spol. nedávno uskutečnili významný průlom při snaze popsat, jak se prostor vesmíru odvíjí od zmíněných základních kvant prostoru. Vůbec poprvé se jim povedlo odvodit Friedmannovu rovnici přímo v rámci konceptu časoprostoru, na němž pracují. Bylo to sice jenom za velmi speciálních počátečních podmínek, i tak to ale považují za velký úspěch. Friedmannovy rovnice ze dvacátých let 20. století popisují rozpínající se vesmír ve světě obecné relativity. Vědcům se tak podařilo propojit mikrosvět s makrosvětem, tedy kvantovou mechaniku s obecnou relativitou. V jejich propočtech vzniká prostor shloučením základních kvant prostoru a pak se vyvíjí do podoby, kterou dneska vidíme kolem sebe.
Řešení Gielena a spol. funguje jenom v homogenním vesmíru. Reálný vesmír je ale úplně jiný. Proto vědci teď sami sebe vidí teprve na začátku dlouhé cesty. Do svého konceptu budou muset začlenit galaxie, hvězdy, planety a všechny další nehomogenity vesmíru. Podle všeho jsou ale optimističtí. Pokud se jim bude dařit, tak by si nakonec chtěli troufnout i na něco doopravdy neslýchaného. Netají se záměrem popsat prostor při samotném Velkém třesku. Stejně tak si brousí zuby třeba na kosmologickou inflaci anebo temnou energii. Ať už s grupovou teorii pole uspějí či ne, podle všeho nepochopíme vznik vesmíru, ani to jak funguje, aniž bychom získali tolik toužebně očekávanou kvantovou teorii gravitace.
Literatura
Max Planck Society News 2.9. 2013, arXiv:1303.3576, Wikipedia (Group field theory, Quantum gravity, Lie group, Friedmann equations).
Diskuze:
