Student World

Strunová teorie říká, že vše na světě je složeno z mikroskopických jednorozměrných elastických strun. Elementární částice jako třeba fotony nebo elektrony jsou extrémně malé smyčky strun, ne o moc větší než Planckova délka.

V důsledku principu neurčitosti tyto struny vibrují a fluktuují, i když nemají žádnou dodatečnou energii – tedy kmitají kvůli kvantovému chvění, které existuje i při absolutní nule, v jejich základním stavu (viz kapitola 4). Různé části téže struny jsou vzhledem k sobě v neustálém pohybu, malinké části se natahují a roztahují do určité vzdálenosti. Roztahování samo o sobě není problém; elektrony jsou v atomu rozloženy v mnohem větším objemu, než je objem jádra, čehož důvodem je také tento ,,nulový pohyb“. Všichni fyzici považují za samozřejmé, že elementární částice nejsou nekonečně malými body v prostoru. Myslíme si, že elektrony, fotony a ostatní elementární částice mají přinejmenším velikost Planckovy délky a možná jsou i větší. Problém je, že podle matematiky strunové teorie je toto kvantové chvění absurdně prudké. Fluktuace spojené s chvěním jsou natolik zuřivé, že kousky elektronu by se měly rozprostírat až na samotný konec vesmíru. Většině fyziků včetně strunových teoretiků se to zdá šílené a považují to za nesmyslnou představu.
Jak je to možné, že elektron je velký jako vesmír, aniž to pozorujeme? Mohla by vás napadnout třeba otázka, čím to je, že struny ve vašem těle se nesrazí a nezamotají se strunami v mém těle. Ačkoli nás od sebe dělí stovky a tisíce kilometrů, co by tomu vlastně mělo bránit, rozprostírají-li se struny málem do nekonečna? Odpověď není jednoduchá. Především fluktuace jsou neobyčejně silné i na infinitesimálních časových škálách Planckova času. Jsou však také velmi jemně naladěny tak, že fluktuace jedné struny souhlasí s fluktuacemi druhé struny takovým způsobem, že dochází k vyrušení zhoubných následků. Nicméně i tak – kdybyste mohli sledovat nejprudší vnitřní pohyb elementární částice nacházející se v základním stavu, zjistili byste, že její části fluktuují až k samotným okrajům vesmíru. Alespoň to říká strunová teorie.
Toto divoké a bizarní chování mi připomnělo, jak jsem žertem řekl Lárusovi Thorlaciovi, že svět uvnitř černé díry je možná hologram a informace leží na vzdáleném dvourozměrném horizontu. Strunová teorie, berete-li ji vážně, jde ještě dále. Každý informační bit, ať už z černých děr, nebo papíru, umisťuje totiž na vnější okraje vesmíru – a pokud vesmír nemá konec, tak do ,,nekonečna“.

…

Asi je vám jasné, že vám vykládám něco hodně divného, ale je to součást procesu duševního přepojování, kterým současná fyzika zase jednou prochází. A tady je závěr, k němuž jsme došli s ’t Hooftem: trojrozměrný svět běžných prožitků – vesmír zaplněný galaxiemi, hvězdami, planetami, domy, balvany a lidmi – je hologramem, obrazem reality zakódovaným na vzdáleném dvojrozměrném povrchu. Tento nový fyzikální zákon, jenž je známý jako holografický princip, znamená, že vše uvnitř oblasti prostoru může být popsáno informačními bity uloženými na jeho hranici.
Abych to ukázal na nějakém konkrétnějším případu – představte si třeba mě a mou pracovnu. Já v křesle, přede mnou počítač, pak je tu můj zaneřáděný psací stůl, kde se povalují hordy papírů, které se bojím vyhodit – všechny tyto informace jsou přesně zakódovány do planckovských bitů, které hustě pokrývají stěny místnosti, byť jsou příliš malé, aby se daly vidět. Nebo si vezměte vše, co leží uvnitř oblasti vymezené vzdáleností jednoho milionu světelných let od Slunce. I tato oblast má svou hranici – není hmotná, jedná se o imaginární matematickou skořápku – uvnitř níž se nachází mezihvězdný prach, hvězdy, planety, lidi a všechno ostatní. Stejně jako v předcházejícím případě platí, že vše uvnitř této obrovité skořápky je obrazem mikroskopických bitů rozptýlených po jejím povrchu. Mimoto počet bitů se musí řídit pravidlem ,,maximálně jeden bit na jednu Planckovu plochu“. Je to, jako kdyby hranice – stěny pracovny nebo matematická skořápka – byly tvořeny malinkými pixely, z nichž každý obývá Planckův čtverec, a vše, co se odehrává uvnitř takové oblasti, je holografickým obrazem této pixelové hranice. Avšak stejně jako v případě obyčejného hologramu je informace, zakódovaná na vzdálené hranici, velmi zpřeházenou reprezentací trojrozměrného originálu.
Holografický princip je další šokující změnou způsobu uvažování, na které jsme zvyklí. Fakt, že informace se rozprostírají v objemu prostoru, se nám zdá natolik intuitivní, že lze jen těžko přijmout, že to není pravda. Svět ale není voxelový; je pixelový a veškeré informace jsou uloženy na hranici prostoru. Ale jaké hranici a jakého prostoru?

(pokračování zítra)

Tento text je úryvkem z knihy:
Leonard Susskind: Válka o černé díry
Argo, Dokořán a Paseka 2013
O knize na stránkách vydavatele

autor