Teoria strun

Teoria strun (TS) – koncepcja w fizyce teoretycznej, zgodnie z którą:

• podstawowym (fundamentalnym) budulcem materii nie są punktowe cząstki, lecz rozciągłe struny^[1] o wielkości ok. 10⁻³¹ metra;
• 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 – zwinięcia do skrajnie małych rozmiarów, sięgających skali Plancka wyznaczającej granice stosowalności znanej fizyki.

Model ten może prowadzić do wielkiej unifikacji oddziaływań cząstek – zjawiska elektrosłabe i jądrowe silne mogą się w nim połączyć w jedno, poszukiwane oddziaływanie elektrojądrowe. Oprócz tego teorie strun uwzględniają 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^[2]. Ogłoszona w 1970 roku bozonowa teoria strun zawierała ponad 20 dodatkowych wymiarów i nie opisywała wszystkich cząstek elementarnych – pomijała fermiony. Jednak dzięki wprowadzeniu supersymetrii stworzono teorie superstrun – opisujące wszystkie znane cząstki i redukujące liczbę dodatkowych wymiarów do sześciu, co daje czasoprzestrzeń 10-wymiarową^[3]. 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^[4][a]. Następnie pod koniec lat 90. Juan Maldacena wykazał korespondencję AdS/CFT, dowodząc że pewne warianty teorii strun spełniają zasadę holograficzną^[5]. W XXI wieku część badaczy zaczęła rozważać koncepcję krajobrazu strunowego będącego formą Wieloświata^[6].

Teoria strun wywołała mieszane opinie wśród fizyków. Od początku spotykała się z krytyką^{[potrzebny przypis]}, jednak zaangażowała co najmniej setki naukowców^[7], w tym wybitnych jak nobliści, m.in. David Gross (nobel 2004) i Yoichiro Nambu (nobel 2008). Teoretyków strun zatrudniono w najlepszych na świecie ośrodkach fizyki teoretycznej jak Institute for Advanced Study (IAS) w Princeton, a ich postępy doceniono zaszczytami jak medale. Przez pewien czas była jedynym obiecującym modelem kwantowej grawitacji^[1], a w 2022 roku pozostaje prawdopodobnie jedyną potencjalną teorią wszystkich oddziaływań^{[potrzebny przypis]}. Zastosowano ją do kosmologii i fizyki materii skondensowanej; była też popularyzowana przez szereg autorów, najpóźniej od lat 80.

Z drugiej strony dekady starań nie rozwiązały podstawowych trudności teorii strun, przede wszystkim ograniczonych perspektyw na dowody doświadczalne. Te i inne problemy – a także rosnąca konkurencja ze strony innych modeli – nasiliły krytykę. Padała ona ze strony zróżnicowanych 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 i naukowość jego niektórych elementów jak Wieloświat^{[potrzebny przypis]}.