Perspektiva věrohodné unitární teorie

dodatek B
UNITÁRNÍ TEORIE POLE A KVANTOVÁ GRAVITACE
B.1. Proces sjednocování ve fyzice
B.2. Einsteinovy vize geometrické unitární teorie pole
B.3. Wheelerova geometrodynamika. Gravitace a topologie.
B.4. Kvantová geometrodynamika
B.5. Kvantování gravitačního pole
B.6. Sjednocování fundamentálních interakcí. Supergravitace. Superstruny.
B.7. Obecné principy a perspektivy unitární teorie pole

B.7. Obecné principy a perspektivy unitární teorie pole

Z dosavadního vývoje unitarizace fyziky lze již nyní vysledovat některé ideje a koncepce jež by mohly pravděpodobně sehrát úlohu základních heuristických principů při vytváření unitárních teorií pole v budoucnosti :

a) Princip kovariance
požadující takovou formulaci zákonů mezi pozorovatelnými veličinami, aby tyto zákony nezávisely na subjektivních podmínkách pozorování, např. na zvolené vztažné soustavě (obecný princip relativity) - kap.2.

b) Geometrické základy,
ať již se jedná o čtyřrozměrný prostoročas OTR s Riemannovou geometrií, prostoročas s obecnějšími geometrickými vlastnostmi (např. s torzí) či topologickou strukturou, popř. o prostor s větším počtem rozměrů. Vzorem je zde geometrizace gravitace v obecné teorii relativity *).
*) Někdy se vyskytuje i opačný názor, podle něhož gravitační efekty jsou v subatomárních měřítcích zanedbatelné (nebo neexistují) a původ gravitace je třeba naopak hledat v kvantových zákonitostech nitra hmoty. Situace by zde byla podobná jako u nauky o pružnosti: nejsou to jednoduché a elegantní zákony pružnosti, co určuje vnitřní strukturu těles, ale naopak složité elektromagnetické interakce atomů v krystalové mřížce vedou po makroskopickém zprůměrování k pozorovaným vlastnostem elasticity. Kdyby tomu tak bylo s gravitací, neměla by geometrická unitarizace žádný smysl (jednalo by se o pouhou fikci), podobně jako by bylo absurdní snažit se na základě jednoduchých zákonů makroskopické pružnosti vysvětlit kvantově-elektrodynamické zákonitosti interakcí atomů v krystalové mřížce [181],[ ].

c) Kvantový charakter.
Unitární teorie pole musí věrně popisovat i kvantové zákonitosti mikrosvěta *) a vysvětlovat vlastnosti elementárních částic. Podle současných poznatků nelze očekávat, že kvantové částice by mohly vzniknout jako nesingulární řešení klasických (byť nelineárních) rovnic pole. Naopak je pravděpodobné, že teorii je nutno od samého základu budovat na kvantovém popisu, např. pomocí operátorů v prostoru stavů.
*) V zájmu objektivity je však třeba mít na paměti ještě jinou alternativní možnost: že námi pozorované kvantové zákonitosti mikrosvěta by mohly mít nějaký skrytý "nekvantový" původ v dosud neznámých mechanismech na ještě hlubší "etáži" organizace hmoty v těch nejmenších subnukleárních měřítcích..?..

d) Symetrie a zákony zachování.
Jedná se jak o symetrie globální (např. prostoročasové), z nichž plynou zákony zachování, tak o symetrie lokální - dynamické, které vedou k přítomnosti dalších interakcí. Jedno ze základních hesel současné kvantové teorie pole zní: "Interakce jsou diktovány symetriemi" (viz předchozí §B.6).

e) Kauzalita.
Jestliže v libovolném časovém okamžiku je znám stav fyzikální soustavy, pak její další chování lze předpovědět na základě rovnic pole. Jinými slovy, teorie musí umožňovat řešení Cauchyovy úlohy (viz §3.3). Takovou stroze deterministickou teorií je např. Maxwellova elektrodynamika. V OTR je situace v otázce příčinnosti složitější, protože globální Cauchyovy hyperplochy nemusejí v některých případech existovat (§3.3, §3.5-3.9, §4.7). O budoucí unitární teorii nelze dopředu říci, zda bude deterministická, avšak výsledné pozorovatelné jevy musejí odpovídat experimentálně ověřeným příčinným souvislostem.

f) Princip korespondence
odrážející kontinuitu vědeckého poznání: nové obecnější fyzikální zákony nevyvracejí dosavadní experimentálně ověřené zákony, ale zobecňují je a obsahují je v sobě jako speciální případ, přičemž existuje přímá souvislost (korespondence) mezi veličinami používanými v dřívější speciální a v novější obecné teorii.

g) Princip jednoduchosti
vyjadřující snahu dosáhnout co nejúplnějšího popisu reality s pomocí co nejmenšího počtu základních nezávislých zákonů. Tento princip se může zdát poněkud subjektivní, avšak zkušenost učí, že teorie je přesvědčivá jen tehdy, když je logicky dostatečně jednoduchá a přirozená. Vhodně chápaná estetická kritéria mohou být cenným vodítkem při hledání obecných unitárních teorií, jak to zdůrazňoval zvláště A.Einstein.

h) Vysvětlení původu přírodních konstant
Úplná unitární teorie by měla vysvětlit nejen dynamiku polí a částic ve tvaru fyzikálních zákonů, ale odvodit z "prvotních principů" i konkrétní hodnoty (resp. poměry hodnot) základních přírodních konstant - viz §5.5, pasáž "Původ přírodních konstant".

Konečným cílem unitárních teorií pole je vytvořit definitivní finální teorii či jednotnou teorii všeho (TOE -Theory Of Everything) - sjednotit stávající čtyři druhy interakcí do interakce jediné, popsané unitárním polem, jehož (kvantové) vlastnosti by pak popisovaly všechny druhy elementárních částic, jejich interakce a všechny jevy v přírodě.

Skeptická poznámka :
Současné unitární teorie pole: Jen pouhý matematický formalismus bez fyzikálního obsahu ..?..
Nynější unitární teorie pole se pomocí složitých matematických konstrukcí snaží vytvářet modely fundamentálních částic a jejich interakcí. Je otázka, zda je to ta správná cesta..?..
Řada fyziků je k současným unitárním teoriím (zvláště k teoriím superstrun) skeptická. Poukazují na nejednoznačnost jejích závěrů, neprůhlednost a přílišnou matematickou komplikovanost, především pak na obtížnost fyzikální interpretace a nemožnost experimentálního ověření v dohledné budoucnosti. V některých těchto teoriích se popisují exotické částice které nejsou pozorovány (a v přírodě patrně neexistují), zatímco běžné základní částice se modelovat nedaří... Tyto teorie proto považují za "slepou uličku"... Zdá se, že to možná "bude všechno jinak"..?..

B.6. Sjednocování interakcí. Supergravitace. Superstruny.		Z á v ě r , Doslov, Literatura

Vojtěch Ullmann