W każdym razie supergrawitacja wydawaÅ‚a siÄ™ najlepszym sposobem poÅ‚Ä…czenia grawitacji z resztÄ… fizyki. Jednakże w 1984 roku nastÄ…piÅ‚a godna uwagi zmiana opinii Å›rodowiska naukowego — zaczÄ™to preferować innÄ… teoriÄ™, tzw. teoriÄ™ strun. Podstawowymi obiektami w tej teorii nie sÄ… czÄ…stki zajmujÄ…ce pojedyncze punkty w przestrzeni, lecz obiekty, które majÄ… tylko dÅ‚ugość (pozbawione sÄ… innych wymiarów); przypominajÄ… one nieskoÅ„czenie cienkie kawaÅ‚ki strun. Struny mogÄ… mieć swobodne koÅ„ce (tak zwane otwarte struny — rys. 25a) lub mogÄ… tworzyć pÄ™tle (zamkniÄ™te struny — rys. 25b). CzÄ…stka w każdej chwili zajmuje jeden punkt w przestrzeni, zatem jej historiÄ™ można przedstawić w postaci linii w czasoprzestrzeni (“linia Å›wiatÅ‚a"). Natomiast struna w każdym momencie zajmuje odcinek w przestrzeni. Wobec tego jej historia w czasoprzestrzeni tworzy dwuwymiarowÄ… powierzchniÄ™, zwanÄ… powierzchniÄ… Å›wiata. (PoÅ‚ożenie dowolnego punktu na tej przestrzeni można wyznaczyć przez podanie dwóch liczb, jednej, okreÅ›lajÄ…cej czas, i drugiej, oznaczajÄ…cej miejsce na strunie). Powierzchnia Å›wiata struny otwartej to pasek, którego krawÄ™dzie reprezentujÄ… trajektorie koÅ„cowe struny w czasoprzestrzeni (rys. 25a). Natomiast powierzchnia Å›wiata zamkniÄ™tej struny jest cylindrem albo rurÄ… (rys. 25b), której przekrój jest pÄ™tlÄ…, przedstawiajÄ…cÄ… strunÄ™ w pewnej szczególnej chwili.
Dwa kawałki struny mogą się połączyć i utworzyć pojedynczą strunę; otwarte struny po prostu łączą końce (rys. 26), a w wypadku zamkniętych strun przypomina to połączenie dwóch nogawek spodni (rys. 27). Podobnie pojedyncza struna może podzielić się na dwie. W teorii strun to, co kiedyś uważano za cząstki, przyjmuje się za fale przemieszczające się wzdłuż struny, podobnie jak fale na sznurze od latawca. Emisja lub absorpcja jednej cząstki przez drugą odpowiada rozdzieleniu lub połączeniu końców strun. Na przykład, w teoriach cząstek grawitacyjne oddziaływanie między Słońcem a Ziemią przedstawia się jako emisję grawitonu przez cząstkę znajdującą się w Słońcu i jej absorpcję przez cząstkę w Ziemi (rys. 28a). W teorii strun temu procesowi odpowiada rura w kształcie litery H (rys. 28b) (teoria strun przypomina nieco hydraulikę). Dwa pionowe elementy litery H odpowiadają cząstkom Ziemi i Słońca, a pozioma poprzeczka wędrującemu między nimi grawitonowi. Teoria strun ma dziwną historię. Stworzona pod koniec lat sześćdziesiątych miała stanowić teorię opisującą oddziaływania silne. Pomysł polegał na próbie opisu cząstek, takich jak proton i neutron, jako fal na strunie. Silne oddziaływania byłyby przenoszone przez kawałki strun, które w momencie oddziaływania łączyłyby inne struny, tworząc strukturę podobną do sieci pajęczej. Aby taka teoria poprawnie opisywała silne oddziaływania, struny musiały przypominać gumowe taśmy o napięciu około 10 ton
.
W 1974 roku Joel Scherk z Paryża i John Schwarz z Kalifornijskiego Instytutu Technologii opublikowali pracÄ™, w której wykazali, że teoria strun może opisywać grawitacjÄ™, lecz koniecznym warunkiem jest znacznie wiÄ™ksze napiÄ™cie, siÄ™gajÄ…ce tysiÄ…ca miliardów miliardów miliardów miliardów (l i trzydzieÅ›ci dziewięć zer) ton. Przewidywania teorii strun sÄ… identyczne z przewidywaniami ogólnej teorii wzglÄ™dnoÅ›ci w zakresie zjawisk w dużych skalach, lecz różniÄ… siÄ™ zdecydowanie w bardzo maÅ‚ych skalach, mniejszych niż jedna milionowa miliardowej miliardowej miliardowej części centymetra (centymetr podzielony przez l z trzydziestoma trzema zerami). Praca nie wzbudziÅ‚a szerszego zainteresowania, gdyż mniej wiÄ™cej w tym samym czasie wiÄ™kszość fizyków porzuciÅ‚a oryginalnÄ… teoriÄ™ strun, preferujÄ…c teoriÄ™ opartÄ… na kwarkach i gluonach, która zdawaÅ‚a siÄ™ znacznie lepiej opisywać wyniki eksperymentów. Scherk zmarÅ‚ w tragicznych okolicznoÅ›ciach (cierpiaÅ‚ na cukrzycÄ™ i zapadÅ‚ w stan Å›piÄ…czki, gdy w pobliżu nie byÅ‚o nikogo, kto mógÅ‚by zrobić mu zastrzyk insuliny) i Schwarz pozostaÅ‚ niemal jedynym zwolennikiem teorii strun, z tym, że obecnie proponowaÅ‚ wersjÄ™ ze znacznie wiÄ™kszym napiÄ™ciem. W 1984 roku z dwóch powodów gwaÅ‚townie wzrosÅ‚o zainteresowanie strunami. Po pierwsze, postÄ™p jaki osiÄ…gniÄ™to w zakresie teorii supergrawitacji byÅ‚ bardzo nikÅ‚y, nikomu nie udaÅ‚o siÄ™ wykazać, że nie zawiera ona nieusuwalnych nieskoÅ„czonoÅ›ci ani też uzgodnić wÅ‚asnos'ci przewidywanych przez niÄ… czÄ…stek z wÅ‚asnoÅ›ciami czÄ…stek obserwowanych. Po drugie, ukazaÅ‚a siÄ™ praca Johna Schwarza i Mike'a Greena z Queen Mary College w Londynie. Autorzy wykazali, że teoria strun może wyjaÅ›nić istnienie czÄ…stek lewoskrÄ™tnych, których wiele obserwujemy. Niezależnie od rzeczywistych powodów, wielu fizyków podjęło pracÄ™ nad teoriÄ… strun; wkrótce pojawiÅ‚a siÄ™ nowa jej wersja, tak zwana teoria strun heterotycznych, która obudziÅ‚a nadziejÄ™ na wyjaÅ›nienie wÅ‚asnoÅ›ci rzeczywistych czÄ…stek. Również w teorii strun pojawiajÄ… siÄ™ nieskoÅ„czonoÅ›ci, lecz uważa siÄ™ powszechnie, iż w wersji strun heterotycznych kasujÄ… siÄ™ one wzajemnie (tego jednak nie wiemy jeszcze na pewno). Istnieje natomiast, jeÅ›li idzie o teorie strun, znacznie poważniejszy problem: wydaje siÄ™, że sÄ… one sensowne tylko wtedy, jeÅ›li czasoprzestrzeÅ„ ma 10 lub 26 wymiarów, nie zaÅ› 4 jak zwykle! OczywiÅ›cie, dodatkowe wymiary czasoprzestrzeni sÄ… czymÅ› banalnym w powieÅ›ciach fantastycznonaukowych, w istocie sÄ… tam nawet konieczne, gdyż inaczej podróże miÄ™dzy gwiazdami i galaktykami trwaÅ‚yby o wiele za dÅ‚ugo — bo przecież z teorii wzglÄ™dnoÅ›ci wynika, że nic nie może poruszać siÄ™ szybciej niż Å›wiatÅ‚o. Idea powieÅ›ci fantastycznych polega na pójÅ›ciu na skróty przez dodatkowe wymiary przestrzeni. Można to sobie wyobrazić w nastÄ™pujÄ…cy sposób. Załóżmy, że przestrzeÅ„, w której żyjemy, jest dwuwymiarowa i jest wykrzywiona jak powierzchnia dużego pierÅ›cienia lub torusa (rys. 29). JeÅ›li znajdujemy siÄ™ wewnÄ…trz pierÅ›cienia po jednej jego stronie i chcemy dostać siÄ™ do punktu po stronie przeciwnej, musimy iść dookoÅ‚a po wewnÄ™trznej krawÄ™dzi pierÅ›cienia. Gdyby jednak ktoÅ› potrafiÅ‚ poruszać siÄ™ w trzecim wymiarze, to mógÅ‚by sobie skrócić drogÄ™, idÄ…c wzdÅ‚uż Å›rednicy.
|