teoria strun

Teoria strun (TS) – koncepcja w fizyce teoretycznej, zgodnie z którą podstawowym (fundamentalnym) budulcem świata nie są punktowe cząstki, lecz rozciągłe struny o wielkości ok. 10−31 metra, a czasoprzestrzeń ma co najmniej 10 wymiarów. Oprócz czterech wymiarów makroskopowych, otwartych – trzech przestrzennych oraz czasu – teorie strun przewidują co najmniej sześć dodatkowych wymiarów przestrzeni. Mają one być niedostępne codziennemu doświadczeniu ani dotychczasowym eksperymentom za sprawą kompaktyfikacji. Wymiary zwinięte w ten sposób mogą mieć skrajnie małe rozmiary, sięgające skali Plancka wyznaczającej granice stosowalności znanej fizyki. Ten model może prowadzić do wielkiej unifikacji oddziaływań cząstek – zjawiska elektrosłabe i jądrowe silne mogą się w nim połączyć w jedno, poszukiwane oddziaływanie elektrojądrowe. Oprócz tego w teoriach strun udało się uwzględnić grawitację, co czyni je możliwymi teoriami superunifikacji. Czasem modele tego typu są zwane teoriami wszystkiego przez opisywanie wszystkich znanych oddziaływań podstawowych (elektrosłabego, jądrowego silnego oraz ciążenia). Teoria strun zaczęła powstawać na przełomie lat 60. i 70. XX wieku, głównie dzięki pracom Gabriele Veneziano, Leonarda Susskinda i Yoichiro Nambu, początkowo jako teoria oddziaływań jądrowych. Ogłoszona w 1970 roku bozonowa teoria strun zawierała ponad 20 dodatkowych wymiarów i głębokie problemy – m.in. nie odzwierciedlała świata fizycznego, ponieważ nie opisywała pozostałych cząstek (fermionów). Jednak dzięki wprowadzeniu supersymetrii stworzono teorie superstrun – opisujące wszystkie znane cząstki i redukujące liczbę dodatkowych wymiarów do sześciu, co daje czasoprzestrzeń 10-wymiarową. Powstało pięć różnych modeli superstrunowych, a w latach 90. okazało się, że istnieją między nimi związki nazywane dualnościami. Stąd wysunięto przypuszczenie, że wszystkich pięć teorii superstrun to różne aspekty jednej teorii wyższego rzędu: M-teorii zaproponowanej przez Edwarda Wittena. Wprowadzony przez nią jedenasty wymiar czasoprzestrzeni – czyli siódmy wymiar dodatkowy – nie tylko pozwolił połączyć całą piątkę teorii superstrun, ale włączył także do nich 11-wymiarową supergrawitację. To powiązanie sześciu modeli nazwano drugą rewolucją strunową. Teoria strun wywołała mieszane opinie wśród fizyków. Od początku spotykała się z krytyką, jednak w ciągu przeszło pół wieku badań przyniosła wielkie nadzieje – przez pewien czas była jedynym obiecującym modelem kwantowej grawitacji, a w 2022 roku pozostaje prawdopodobnie jedyną potencjalną teorią wszystkich oddziaływań. Została zastosowana do kosmologii, fizyki materii skondensowanej oraz wytworzyła wpływowe koncepcje teoretyczne jak zasada holograficzna i korespondencja AdS/CFT. Zaangażowała licznych naukowców, w tym wybitnych jak nobliści, m.in. David Gross (nobel 2004) i Yoichiro Nambu (nobel 2008). Teoretycy strun zostali zatrudnieni w najlepszych na świecie ośrodkach fizyki teoretycznej jak Institute for Advanced Study (IAS) w Princeton, a ich postępy doceniono wielkimi zaszczytami jak medale. Teoria ta była też intensywnie popularyzowana przez szereg autorów, najpóźniej od lat 80. Z drugiej strony te wielkie starania na przestrzeni dekad nie rozwiązały podstawowych trudności teorii strun, jak przede wszystkim ograniczone perspektywy dowodów doświadczalnych. Te i inne problemy – a także rosnąca konkurencja ze strony innych modeli – nasiliły krytykę. Padała ona ze strony bardzo różniących się fizyków, reprezentujących różne specjalności, pokolenia, ośrodki i poglądy, a w gronie sceptyków znaleźli się też fizycy najwybitniejsi jak nobliści. Kontrowersje wokół strun przyczyniły się do dyskusji na temat problemu demarkacji w filozofii nauki – kwestionowano poprawność metodologiczną tego projektu badawczego. Wątpliwości narosły zwłaszcza po wprowadzeniu do tej teorii w XXI wieku elementów Wieloświata i zasady antropicznej przez koncepcję .