Strona główna Aktualności
Przyroda

Fizyk rozsupłuje zagadnienia z pogranicza teorii strun i teorii węzłów

03.02.2016 Przyroda

Fot. Fotolia

Nowych powiązań między fizyką a matematyką szuka dr hab. Piotr Sułkowski w ramach prestiżowego grantu ERC. Na warsztat wziął zagadnienia związane zarówno z fascynującą dla matematyków teorią węzłów, jak i z intrygującą fizyków teorią strun.

Znów wyleciało nam z pamięci, jak zawiązać krawat? Albo zastanawiamy się, jak rozsupłać kabel od słuchawek, który niepostrzeżenie zaplątał się w kieszeni? Część z nas na pewno czasem zauważa pewne niedobory informacji o wiązaniu i rozwiązywaniu różnych supełków. Białe plamy w tego typu wiedzy na tyle zaintrygowały matematyków, że stworzyli oni osobny dział matematyki - teorię węzłów. W ramach niego próbują np. klasyfikować węzły, opisywać je, sprawdzać, ile ich jest i jakie mają właściwości.

 

Przykładowe węzły

 

KRÓTKO i WĘZŁOWATO

 

"Mogłoby się wydawać, że taka teoria węzłów to zwykła zabawa, łamigłówka. Ale okazuje się, że ma ona nietrywialne związki z innymi dziedzinami nauki" - opowiada w rozmowie z PAP Piotr Sułkowski z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Na swoje badania na styku teorii węzłów, pól kwantowych i teorii strun otrzymał w 2013 r. prestiżowy Starting Grant z Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC, European Research Council).

 

Badacz chce teorię węzłów stosować w badaniach dotyczących cząstek elementarnych i tzw. kwantowej teorii pola. "Niezależnie od bardziej mnie interesujących aspektów związanych z fizyką matematyczną, teoria, którą badam jest używana do opisu zjawisk, które zachodzą w świecie fizycznym. To układy, z którymi można mieć styczność w fizyce materii skondensowanej, w bardzo niskich temperaturach, jak np. ułamkowy kwantowy efekt Halla" - wyjaśnia Sułkowski.

 

SUPEŁ-CZĄSTKI

 

"W tej teorii fizycznej można policzyć prawdopodobieństwo, że trajektoria ruchu pewnej cząstki będzie akurat taka a taka. Jako wynik dostaje się pewną funkcję. I okazuje się, że wygląda ona dokładnie tak samo jak funkcje, których używają matematycy do opisu... węzłów" - zdradza badacz. Dodaje, że prawdopodobieństwa nie zależą od kształtu drogi, po której cząstka się porusza, ale tylko od tego, w jaki sposób ta droga jest zawęźlona.

 

Dzięki badaniom Sułkowskiego i jego zespołu matematycy będą mieli powód do radości, bo dostaną nowe funkcje, których właściwości mogą badać, a fizycy - zyskają nowe informacje na temat kwantowej teorii pola.

 

UDERZYĆ W CZUŁĄ STRUNĘ

 

Piotr Sułkowski w swoich badaniach i niestandardowym podejściu do kwantowej teorii pola dotyka też zagadnień związanych z teorią strun. A jest to o tyle ciekawy zakres badań, że teoria strun pretenduje do tego, by stać się "teorią wszystkiego". Gdyby rzeczywiście tak było, to dzięki tej teorii można by w spójny sposób opisać wszystkie siły i oddziaływania, które w świecie obserwujemy. Na razie nie ma jednak przekonujących dowodów na jej prawdziwość. Nie przeszkadza to jednak naukowcom badać tę teorię z różnych teoretycznych perspektyw. A nie da się ukryć, że teoria ta naprawdę działa na wyobraźnię.

 

Teoria strun w wielkim skrócie.

 

"Cząstki, które obserwujemy w przyrodzie, mają właściwości, które mogą się wydawać całkiem przypadkowe. Wystarczy popatrzeć np. na masy cząstek, ich ładunki czy spiny. Nie bardzo wiadomo, jak tę przypadkowość wyjaśnić" - zwraca uwagę Sułkowski. Teoria strun sugeruje jednak, że w tym szaleństwie może być metoda. Teoria ta zakłada bowiem, że podstawowe obiekty, z których zbudowany jest nasz świat, są nie tyle cząstkami, co drgającymi strunami. Chodzi o to, że jeśli patrzy się na taką drgającą strunę z bardzo daleka, może ona wyglądać jak cząstka punktowa. Tak więc badacze mają nadzieję, że przypadkowe – jak mogłoby się wydawać – właściwości cząstek elementarnych są po prostu przejawem różnego typu drgań tego samego podstawowego obiektu, jakim jest struna, i właśnie z takich strun może być zbudowana otaczająca nas rzeczywistość.

 

NAD WYMIAR ZŁOŻONA MATERIA

 

Teoria strun przewiduje, że istnieje więcej wymiarów niż te cztery, które już znamy. Różne wersje teorii strun przewidują, że wymiarów powinno być 10 lub nawet 11. "Te pozostałe wymiary mogą być >>bardzo małe<<, czy może raczej tak skompaktyfikowane, że ich nie dostrzegamy" - mówi Sułkowski i podaje przykład, że dwuwymiarową płaszczyznę - np. kartkę - można zwinąć w rulonik tak ciasny, że z daleka będzie wyglądał jak jednowymiarowa linia. "Nasze przyrządy pomiarowe mogą więc nie być w stanie wykryć, że te nieznane wymiary istnieją" - mówi.

 

"Własności wymiarów, których nie widzimy, powinny się w jakiś sposób przejawiać w tych czterech wymiarach, które akurat widzimy. Tak więc może się okazać, że cechy cząstek, jakie obserwujemy w czterech wymiarach, są konsekwencją tego, jak wygląda pozostałe kilka wymiarów" - mówi naukowiec. Wyjaśnia, że w swojej pracy bada prostsze modele, w których np. te 6 niewidocznych wymiarów ma stosunkowo prostą strukturę, z której można wyprowadzić własności kwantowej teorii pola w 4 znanych nam wymiarach. Te uproszczone (z fizycznego punktu widzenia) modele związane są również ze wspomnianą wcześniej teorią węzłów, i jak się okazuje prowadzą do bardzo nietrywialnych wyników matematycznych.

 

"W tym sensie fizyczny aparat kwantowej teorii pola i teorii strun mówi nam coś nowego o matematyce. Jest to bardzo interesująca sytuacja, warta głębszego zrozumienia. Ponadto, kiedy lepiej zrozumiemy tego typu proste (z fizycznej perspektywy) przykłady, w następnym kroku będzie można próbować uogólniać je na bardziej realistyczne, choć też bardziej skomplikowane modele" - zaznaczył naukowiec.

 

W zespole dr. Sułkowskiego pracują zarówno naukowcy z Wydziału Fizyki UW, jak i badacze z USA (Caltech, Institute for Advanced Study w Princeton, University of California Davis), Francji (Institut de Physique Theorique w Saclay) i Portugalii (Instituto Superior Tecnico w Lizbonie).

 

Niezależnie od prowadzenia zaawansowanych badań naukowych, Piotr Sułkowski zajmuje się także promocją i popularyzacją nauki – m.in. prowadzi portal „Zapytaj fizyka” .

 

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

 

lt/ ula/ agt/

Podziel się
Ocena: 0 głosów

Logowanie



Nie pamiętam hasła

Rejestracja

Komentarze: 0
Skomentuj Zobacz wszystkie  

Uwaga Redakcje!

Wszelkie materiały PAP (w szczególności depesze, zdjęcia, grafiki, pliki video) zamieszczone w serwisie "Nauka w Polsce" chronione są przepisami ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych oraz ustawy z dnia 27 lipca 2001 r. o ochronie baz danych.

 

PAP S.A. zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - www.naukawpolsce.pap.pl. W przypadku portali społecznościowych prosimy o umieszczenie jedynie tytułu i leadu naszej depeszy z linkiem prowadzącym do treści artykułu na naszej stronie, podobnie jak to jest na naszym profilu facebookowym. 

 

Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów video.

 

Informacje tekstowe z kategorii "Świat" można pozyskać odpłatnie abonując Serwis Nauka i Zdrowie PAP. Serwis ten zawiera ponadto wiele innych najnowszych doniesień naukowych z zagranicy oraz materiałów dotyczących szeroko rozumianej problematyki zdrowotnej. 

 

Informacje na temat warunków umowy można uzyskać w Dziale Sprzedaży i Obsługi Klienta PAP, tel.: (+48 22) 509 22 25, e-mail:  pap@pap.pl

 

Informacje o przedruku artykułów z Serwisu Nauka w Polsce, prośby o patronaty medialne, informacje o prowadzonych badaniach, organizowanych konferencjach itd., prosimy przesyłać na adres: naukawpolsce@pap.pl

 

 

Najpopularniejsze materiały

więcej

Książka

Dunbar, plotki i ewolucja języka Dunbar, plotki i ewolucja języka

Ludzka kultura jest przesycona językiem. Dzięki niemu jesteśmy zdolni do osiągania najniezwyklejszych rzeczy - podkreśla brytyjski antropolog Robin Dunbar. I krok po kroku tłumaczy, kiedy, jak i dlaczego ludzie zaczęli ze sobą rozmawiać, podczas gdy małpom wciąż wystarcza iskanie.

Więcej

Myśl na dziś

Nauka w szkołach powinna być prowadzona w taki sposób, aby uczniowie uważali ją za cenny dar, a nie za ciężki obowiązek
Albert Einstein

Nasz blog

Rektorzy, naukowcy! Doceńcie rolę popularyzacji! Rektorzy, naukowcy! Doceńcie rolę popularyzacji!

Rola komunikacji naukowej na polskich uczelniach wciąż nie jest dostatecznie doceniona. Ani przez naukowców, ani przez władze uczelni. Zdawałoby się, że prezentowanie osiągnięć naukowców to zadanie biur prasowych. Te jednak często mają ustalone zupełnie inne priorytety.

Więcej

Tagi

-->