Strona głównaPytania → Czym w teorii strun jest...

Czym w teorii strun jest czas?

Pytanie

Pyta Marek

Czym w teorii strun jest czas?

.

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Najprostsza odpowiedź jest taka, że w teorii strun czas jest po prostu jednym z wymiarów. W tradycyjnym podejściu teorię strun formułuje się w pewnej czasoprzestrzeni, i jak się okazuje, jej wymiar nie może być dowolny – teoria strun może być poprawnie sformułowana tylko w 10 wymiarach (oraz może być rozszerzona do 11-wymiarowej M-teorii). Przyjmuje się, że 4 spośród tych 10 (lub 11) wymiarów powinny tworzyć czterowymiarową czasoprzestrzeń, której istnienia namacalnie doświadczamy. Jeden z wymiarów tej czterowymiarowej czasoprzestrzeni to właśnie czas. Natomiast pozostałe wymiary (6 z 10-ciu, czy też 7 z 11-tu) powinny być dla nas niewidoczne (skoro ich nie obserwujemy, ani bezpośrednio, ani jak na razie w żadnych eksperymentach). Podejrzenie jest zatem takie, że te dodatkowe wymiary tworzą bardzo mały obiekt geometryczny.

Najłatwiej wyobrazić sobie taką sytuację myśląc o kartce zwiniętej w rulon (cylinder). Im mniejsza będzie średnica takiego rulonu, lub z im większej odległości będziemy go obserwować, tym bardziej będzie sprawiać on wrażenie obiektu jednowymiarowego (choć jego powierzchnia jest dwuwymiarowa, jeśli tylko średnica rulonu jest różna od zera). W tym przykładzie jeden z wymiarów rulonu (który można by określić jako „dodatkowy”) tworzy okrąg – jeśli jego promień jest bardzo mały, to potrzebujemy dobrych narzędzi (np. lupy), by stwierdzić, że rzeczywiście mamy do czynienia z obiektem (rulonem) dwuwymiarowym.

Analogicznie, w 10-wymiarowej teorii strun potrzebujemy „bardzo małych” obiektów sześciowymiarowych, które tworzyłyby dodatkowe wymiary. Matematyczna konsystencja wymaga, by były to pewne szczególne obiekty, zwane przestrzeniami Calabi-Yau. Natomiast wszystkie te dodatkowe 6 (lub 7 w M-teorii) wymiarów powinno być wymiarami przestrzennymi. Jedynym wymiarem czasowym jest jeden z tych 4 wymiarów które są „duże” i reprezentują przestrzeń, którą mielibyśmy doświadczać.

Bardziej fundamentalne rozważania dotyczą tego, skąd taka 10- lub 11-wymiarowa czasoprzestrzeń się wzięła. Rozważane są hipotezy związane z tym, iż istnieją pewne bardziej fundamentalne stopnie swobody które mają dyskretny charakter, natomiast w pewnej granicy (kiedy jest ich bardzo dużo…) tworzą one gładką czasoprzestrzeń – tego typu zjawiska określa się mianem emergencji. Podobne hipotezy rozważane są w innych teoriach kwantowej grawitacji. Natomiast jak na razie nie jesteśmy w stanie takich pomysłów zweryfikować doświadczalnie. Więcej o teorii strun pisaliśmy tutaj.