Vino si tu pe pagina de Facebook pentru o stire de stiinta, explicata simplu, in fiecare zi!
Pagina de Facebook!
În fiecare zi, o nouă fotografie din universul nostru fascinant împreună cu o explicaţie scrisă de către un astronom profesionist: Astronomy Picture Of the Day
   
Fizica Povestita

I
Fizica Povestita
The_Trouble_with_Physics_by_Lee_Smolin_Book-Cover

Problema cu fizica (‘The trouble with physics’), a doua parte

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/7/7a/The_Trouble_with_Physics_by_Lee_Smolin_Book-Cover.jpg[\poza]

Aceasta este partea a doua a notitelor despre cartea lui Leo Smolin, ‘The trouble with physics’. Partea intai a notitelor poate fi gasita aici. O sa trec deci direct la enumararea urmatoarelor capitole.

GRAVITATIA CUANTICĂ

Lectia relativitatii generalizate este ca spatiul este dinamic.

Teoria cuantica lucreaza intr-un spatiu dat (‘in spatiu’). O putem face invarianta la alegerea coordinatelor spatiu-timpului? Pana acum nimeni nu a reusit, iar Smolin spune ca aici e problema esentiala.

Din pacate, mecanica cuantica a luat-o pe un drum gresit in abordarea gravitatiei, deoarece a inceput in a cuantifica gravitonul. Dar gravitonul este doar o mica perturbatie a spatiului… Merge doar in aproximatii, insa aceasta abordare nu poate fi cea buna… Este ca si cum (zic eu) Eistein s-ar fi oprit la aproximatiile principiului de echivalenta local, fara sa scrie ecuatiile care merg la orice alegere a sistemului de coordinate… Problema cuantificarii gravitonului a reaparut in anii 1950, cand a aparut posibilitatea ca ei sa interactioneze intre ei… Desigur, atunci apar probleme cu self-interactia, normalizarea etc… Daca ma uit mai bine (zic eu) poate ca cheia este insasi notiunea de particula din mecanica, care este facuta pentru energii mici. Ce notiune generala am putea introduce insa care sa inlcouiasca particula? Food for thought…

In anii 60 totusi abordarea aceasta simplista (graviton cuantificat) a avut un prim success, deoarece prezicea ca o dinamica puternica a spatiului genereaza particule! In abordarea cuantica am avea multi gravitoni care apoi s-ar dezintegra in alte particule… Ori dinamica puternica a spatiului a fost imediat dupa Big-Bang… Atunci au fost create multe particule… O alta situatie sunt gaurile negre… Din pacate, dinamica extrema este inautrul orizontului gaurii negre, acolo unde nu ne putem uita. Ce pacat, oare cate particule si ce fel or fi create acolo… un adevarat laborator cosmic, invizibil pentru noi insa…

Paradoxul informatiei gaurii negre: Pe de o parte, gaura neagra ‘mananca’ informatie, pentru ca tot ce cade acolo e pierdut pe vecie. Daca gaura neagra se evapora in timp (prin radiatia Hawking), atunci am pierdut informatie. Pe de alta, in mecanica cuantica nu se pierde informatie. Zic eu, asta pentru ca, intrinsec, pentru tot Unvirsul, nu exista fenomene de decoerenta… Decoerenta este ceea ce vedem noi daca ne raportam la o baie termica, insa in total Unviersul ramane coerent. Atunci, mecanica cuantica contrazice aceasta viziune a gaurii negre ca se pierde informatie. Avem paradoxul mentionat. El trebuiie rezolvat in gravitatia cuantica.

O incursiune in teoria supergravitatiei propusa de van Nieuwenhuizen (o sa-l denumesc vanN). Supergravitatia foloseste de fapt supersimetria. Astfel, bozonului ‘graviton’ ii este atasat fermionul ‘gravitino’. Cum nimeni nu a vazut gravitino, putem inventa legi pentru el! Partea frumoasa este ca vanN a cautat precis care sa fie supesimetria potrivita. Caci orice simetrie ne da o forta, iar simetria dintre graviton si gravitino ne da si ea o forta. VanN a ales supesimetria dintre gravitino si graviton in asa fel incat noua forta sa conduca la legile relativitatii generalizate a lui Einstein. Frumos, nu? Legile lui Einstein ar iesi din supersimetria aplicata gravitonului…

Acum incepe critica lui Smolin. Supergravitatia se bazeaza pe gravitoni, deci este gresita din start, pentru ca este o teorie ‘in spatiu’, o aproximatie, nu o teorie ‘a spatiului’. Faptul ca ies ecuatiile lui Einstein este datorita faptului ca, matematic, se pot defini mii de feluri ale simetriei dintre graviton si gravitin… Fiecare forma a acestei supersimetrii conduce la alte ecuatii, deci nu e de mirare ca, daca cautam, gasim una care sa se potriveasca… Acum (zic eu) ar trebui verificat, caci s-ar putea doar sa iasa de fapt numai aproximatii ale ecuatiilor lui Einstein. Faptul insa ca startul a fost gresit, spune Smolin, se vede in problemele teoriei in renormlaizare: infinitati peste infinitati, de care fizicienii nu au putut scapa nici azi. In final, teoria supergravitatiei a murit…

Smolin critica insa si metoda de lucru a lui vanN. El spune ca are o gramada de studenti Ph.D., care sunt matematicieni inraiti si care tot modifica simetriile pentru ca sa potriveasca un rezultat sau altul experimental, o simetrie sau alta observata in practica… El personal a fost socat sa vada cum studentii lui lucrau cu mana ecuatii ce se intindeau pe o pagina intreaga (o singura pagina!) si unde un factor de 2 facea o diferenta enorma. Asta nu mai e intelegere, spune Smolin, este sclavie oarba! Cum mai poti intelege atunci fizica, cand ai o asemenea ecuatie?

Partea cea mai interesanta este ca eu l-am cunoscut pe van Nieuwenhuizen! Asta s-a intamplat acum vreo 5 ani, cand l-am vizitat pe prietenul si fostul meu coleg Radu Ionas, in New York, acolo unde vanN este profesor! Chiar am participat la un curs al lui vanN si chiar am stat putin cu el de vorba dupa cateva ore, cand a venit la Radu sa studieze cateva aspecte ale cursului. Si, desi Radu nu isi facea doctoratul cu el, el era un exponent al studentilor lui vanN. Radu lucra la teza lui de doctorat pe Universul multidimensional si, credeti-ma, avea intr-adevar ecuatii scrise de mana ce se intindeau pe o pagina intreaga… Saracu Radu, imi spuneam, daca pierde un semn s-a ars! Asa ca el umbla cu atent cu manuscrisul dupa el, sa nu il piarda ca Mihail Sebastian…

Radu era insa norocos, ca are un scris frumos si curat, eu dupa doua randuri pierdeam coerenta cu scrisul meu. Radu Ionas face parte din scoala lui vanN, criticata de Smolin si ca el multi alti studenti romani ‘pierduti’ prin strainatate. Radu a si devenit intre timp profesor de matematica! Dupa atata matematica, cred si eu, chiar el recunostea ca a cam pierdul notiunea de electronVolt… Nu pot sa il critic pe Radu, ca mi-e prieten, dar sunt de acord cu Smolin. Desigur, parerile sunt impartite si o sa il rog pe Radu sa se apere aici… (la comentarii).

PREGĂTIREA DE REVOLUTIE

Teoria corzilor (sau a coardelor, sau a stringurilor) ar fi trebuit denumita teoria benzilor de cauciuc. Aceasta pentru ca contractia si extensia lor ne sugereaza mai bine modificarile de energie. Intersant, propunerea lui Nambu (premiul Nobel in acest an), esenta teoriei, a fost respinsa la publicare! Benzile de cauciuc devin mai tensioate cand sunt extinse (capetele sunt indepartate) si deloc tensionate cand capetele sunt apropiate. Ori aceasta este comportarea fortei de atractie dintre cuarci, mare la distante mari si mica la distante mici. Putem atunci spune ca forta de atractie dintre doi cuarci este descrisa de o banda de cauciuc…

Ramond introduce superstringul in 1970, care include automat supersimetria. Scapa de tahion, dar i se refuza profesoratul! John Schwarz, o alta icoana vie a teoriei stringurilor, sta 12 ani pe postdocuri! Smolin face apologia acestor cercetatori (desi sunt in stringuri!) care muncesc din greu, nu au securitate financiara. Asa e mereu cu cei care sparg bariere, zice el… Cei mai multi fac ce face turma, capata profesorat, siguranta etc… Corect, zic si eu, vezi cazul van Gogh. Sau Einstein. Lucrul asta e adevarat de cand lumea…

Teoria corzilor unifica in mod natural fortele cu particulele. Astfel, Polyakov merge pe ideea ca fluxurile de camp (magnetic, gluon) cuantificate sunt de fapt colectii de stringuri. Simplistic, o linie de camp este o coarda (un string). Atunci, un string deschis poate fi privit ca avand la capat un electron si un pozitron, cu o interactie intre ele, reprezentata de foton. Daca unim capetele, avem un cerc inchis, deci numai fotonul! Procesul acesta de ‘inchidere’ a stringului ar fi de fapt anihilarea perechii electron-pozitron. Constanta de cuplare a stringului de na probabilitatea ca stringul sa se rupa. Aici, daca stringul e inchis, se va forma o pereche de electron-pozitron. Interesant, zic eu, cum putem considera cazul acesta la Polyakov, pentru ca aici o linie de camp de la un electron la un pozitron poate fi privita ca un string… Pentru a fi coerenta, teoria necesita si stringuri inchise si deschise, deci si graviton, deci include gravitatia, spune Smolin.

PRIMA REVOLUTIE A SUPERSTRINGURILOR

SLĂBICIUNEA teoriei superstringurlor: are nevoie de 9 dimensiuni spatiale, noi vedem doar 3, deci restul de sase trebuie sa fie compactificate. Sunt insa miliarde de feluri in care putem compactifica dimensiunile aditionale si deci teoria stringurlor are miliarde de variante… Daca cautam suficient de mult, vom gasi una sa se potriveasca cu modelul standard! Ea insa nu va fi decat o coindicenta, nu poate prezice decat rezultate false… Este un comert (schimb) de constante. Cele care spuneau masele particulelor vor spune acum care este geometria spatiilor cuantificate. Cu miliardele sale de variante, teoria stringurilor nu este falsificabila, deci nu e o teorie stiintifica in primul rand… Oricum, nici macar asa teoria stringurlor nu a fitat modelul standard.

Witten propune pentru compactificare numai spatiile Calabi-Yau, pentru a se potrivi cu supersimetria. E mai bine, caci nu mai putem alege price compactificare ce vrem noi. E inca rau, caci nu exista numai un singur spatiu Calabi-Yau (care n-ar fi dat o singura maniera de compactificare), ci cateva sute de mii, desi nimeni nu stie cate.

Fizicienii realizeaza ca poate nu avem mai multe teorii ale stringurilor, ci mai multe ‘manifestari’ ale aceleiasi teorii. Aceasta ar fi teoria M, de la meta-theory.

A DOUA REVOLUTIE

Witten, 1995. Observarea dualitatii topologie, T-duality si pe cea care se numeste S-duality (de la strong-weak). Aceast din urma spune ca constanta de interactie (ce depermina probabilitatea de rupere a stringului) dintr-o teoria este inversa celei din cea de-a doua.

Witten propune ca teoria M are loc in 10 dimensiuni spatiale (cu una mai mult). Noua dimensiune aditionala este cea care ar fi interpretata diferit in diversele teorii… (dupa cum la Kalutz-Klein compactificarea spatiului poate fi interpretata ca fiind campul electromagnetic). Alegerea lui Witten este si pentru ca in zece dimensiuni spatiale avem o teorie a supergravitatiei. Aceasta ar fi practic teoria M inca necuantificata… Urmarind calculele Witten, propune celebra membrana care campactifica dimensiunea aditionala.

Polchinski vine cu ideea de ‘branes’, membrane (D-branes), pentru a rezolva inconsistentele din diversele dualitati recent descoperite. D-branes sunt suprafete d-dimensionale pe care un capat al stringului poate aluneca liber. Desigur, alegerea suprafetei este arbitrara, deci avem din nou miliarde de variante ale teoriilor d-brane.

O TEORIE A ORICĂRUI LUCRU

Energia vidului cuantic, care este de 120 de ordine de marime mai mare decat constanta cosmologica masurata: cea mai mare discrepanta observata vreodata intre teorie si experiment. Daca era asa, Universul s-ar fi expandat mult prea repede pentru ca sa se formeze vreo structura oarecare.

Problema stabilitatii dimensiunilor cuantificate = problema ‘moduli stabilisation’: pentru ca spatiul este dimanic, dimensiunile compactificate ar putea deveni macroscopice si deci vizibile!!! Ce fascinant, cu ar fi sa experimentam cu ochii aparitia graduala a celei de-a patra dimensiuni? Chiar cum? Ajutor, nu-mi pot imagina… De nu sunt artist sa am imaginatia potrivita? Voi percepe oare tot sectiuni tridimensionale din spatiul patru-dimensional, pentru ca asa raman cosntruiti ochii mei tridimensionali?

Problema stabilitatii dimensiunilor compactificate poate fi rezolvata partial cu ajutorul brane-urilor. In 2003 un grup de la Standford vine cu solutie deosebita. Ei folosesc faptul ca stringul poate fi o linie cuantificata de flux. Liniile de flux ar merge in aceste dimensiuni compactificate, dar le-ar incercui numai de un numar discret de ori. Ele ar ingheta practic dimensiunile aditionale. Dupa cate vad eu, este vorba de cuantificare, care conduce la nivele discrete si deci la stabilitatea dimensiunilor aditionale… Si in acest caz avem 10 la puterea 500 de teorii…

SOLUTIA ANTROPICA

Situatia cunoscuta: Ar fi miliarde de teorii, miliarde de Unviersuri, insa noi suntem in acesta, deci observam deja ceva ce e potrivit automat cu aparitia vietii… Lumea ne apare ca fiind construita pentru noi, dar este un rezultat al intamplarii, exista si alte miliarde de Unviersuri nereusite… Principiul atropic a fost adus de Susskind in teoria stringurilor. Personal nu sunt adeptul acestui principiu, asa incat am mai sarit din text…

Daca infirmam teoria supersimetriei, sau dimensiunile aditionale ale spatiului, cade si teoria stringurilor.

Polchinski propune ca dupa Big Bang ar fi aparut si stringuri cosmice, de dimensiuni uriase. Ele ar fi putut lasa urme ce se pot observa azi.

In teoria d-braneurilor putem avea dimensiuni aditionale necompactificate. Aici, capetele stringurlor traiesc pe un Univers 3-dimensional. Dar noi percepem aceste capete ca pe particule si deci nu vedem restul. Gravitatia trece insa in dimensiunile aditionale. Din masuratori, stim ca dimensiunea noilor dimesniuni trebuie sa fie mai mica decat cativa milimetri…

CE EXPLICĂ TEORIA STRINGURILOR.

Teoria stringuror este o teoria ‘in spatiu’. Nu are sanse de succes, din start, pentru ca ar trebui sa fie o teorie ‘a spatiului’, ce descrie spatiul…

Teoria stringurlor are rezultate matematica (ca ‘conformal fields’, care mapeaza spatii de dimensiuni diferite de la unul pe altul), insa acestea nu sunt succese ale fizici…

cristipresura
M-am născut în 1971 și am urmat studiile facultăților de electrotehnică și fizică. Am lucrat la Institutul de Fizică Atomică iar în 2002 am obținut doctoratul în fizică la Universitatea Groningen, Olanda, unde am caracterizat proprietățile optice ale sistemelor corelate de electroni, colaborând cu Anthony J Leggett, membru al comisiei de doctorat și laureat al premiului Nobel în fizică 2003. Am publicat în reviste de specialitate ca Physical Review Letters și Science. În prezent sunt cercetător la compania Philips, Olanda unde, împreună cu echipa mea, am inventat și introdus pe piață primul ceas capabil să măsoare pulsul sportivilor numai pe baza senzorilor optici. Sunt membru al asociației cercetătorilor români Ad Astra și fondator al asociației Știință pentru Toți.
cristipresura
Eindhoven (Olanda)

Abonează-te la newletter:

Caută în site



Formular de contact

Advertisment ad adsense adlogger