Table Of ContentPIĘKNO WSZECHŚWIATA
HA SCIIŹKACM
NAUKI
W 2001 roku w serii ukazały się:
Ed Regis: Nanotechnologia, czyli świat cząsteczka po cząsteczce
Brian Greene: Piękno Wszechświata. Superstruny, ukryte wymiary
i poszukiwanie teorii ostatecznej
Fred Hoyle: Mój dom kędy wieją wiatry. Stronice z życia kosmologa
Richard Dawkins: Rozplatanie tęczy. Nauka, złudzenia i apetyt na cuda
Carl Sagan: Miliardy, miliardy. Rozważania o życiu i śmierci u schyłku
tysiąclecia
Andrzej Jerzmanowski: Geny i życie. Niepokoje współczesnego biologa
Michał Heller: Kosmologia kwantowa
John J. Medina: Zegar życia. Dlaczego się starzejemy? Czy można
cofnąć czasł
W 2002 roku w serii ukazały się:
Edwin C. Krupp: Obserwatorzy nieba, szamani i królowie. Astronomia
i archeologia mocy
Paul Davies: Czas. Niedokończona rewolucja Einsteina
Lee Silver: Raj poprawiony. Nowy wspaniały świat?
Michael B. A. Oldstone: Wirusy; plagi i dzieje ludzkości
Ken Croswell: Łowcy planet. W poszukiwaniu nieznanych światów
W przygotowaniu:
Peter D. Ward: Tajemnica epoki lodowcowej. Dlaczego wymarły
mamuty
Alexandra Wykę: Medycyna przyszłości. Cyberchirurgia, cudowne
terapie i dążenie do nieśmiertelności
Michał Heller; Początek jest wszędzie
BRIAN GREENE
PIĘKNO
WSZECHŚWIATA
Superstruny, ukryte wymiary
i poszukiwania teorii ostatecznej
Przełożyli
Ewa L. Łokas i Bogumił Bieniok
T^<£s2y^sl<i i S - ka
Tytuł oryginału angielskiego
THE ELEGANT UNIVERSE
Superstrings, Hidden Dimensions
and the Quest for the Ultimate Theory
Copyright © by Brian R. Greene 1999
All rights reserved
First published
in the United States of America
by W. W. Norton & Company,
Inc. in 1999
Projekt okładki
Katarzyna A. Jarnuszkiewicz
Zdjęcie na okładce
NASA/STScI/CERN
ISBN 83-7255-178-2
Warszawa 2001, 2002
Wydawca
Prószyński i S-ka SA
ul. Garażowa 7
02-651 Warszawa
Druk i oprawa
OPOLGRAF Spółka Akcyjna
ul. Niedziałkowskiego 8-12
45-085 Opole
Mojej matce i pamięci mego ojca,
z wyrazami miłości i wdzięczności
SPIS RZECZY
Przedmowa 9
CZĘŚĆ I: GRANICE WIEDZY
1 Związane struną 15
CZĘŚĆ n: KŁOPOTY Z PRZESTRZENIĄ,
CZASEM I KWANTAMI
2 Przestrzeń, czas i obserwator 35
3 Zakrzywienia i zmarszczki 63
4 Miniaturowa niezwykłość 94
5 Zapotrzebowanie na nową teorię: ogólna teoria
względności a mechanika kwantowa 125
CZĘŚĆ m: KOSMICZNA SYMFONIA
6 Wyłącznie muzyka: podstawy teorii superstrun 141
7 Super w superstranach 170
8 Ukryte wymiary 187
9 Narzędzie zbrodni: wyniki doświadczeń 211
CZĘŚĆ IV: TEORIA STRUN I STRUKTURA
CZASOPRZESTRZENI
10 Geometria kwantowa 231
11 Rozrywając strukturę przestrzeni 261
12 Dalej nii struny: w poszukiwaniu M-teorii 280
8 • PIĘKNO WSZECHŚWIATA
13 Csarnę dziury s punktu widzenia teorii strun
i M-teorii 315
14 Refleksje nad kosmologią 339
CZĘŚĆ V: UNIFIKACJA W XXI WIEKU
15 Perspektywy 367
Przypisy 381
Słownik terminów naukowych 405
Literatura uzupetniąjąca 418
Literatura uzupetniąjąca w języku polskim 419
Indeks 420
PRZEDMOWA
P
rzez ostatnie trzydzieści lat żyda Albert Einstein wytrwale poszu-
kiwał tak zwanej zunifikowanej teorii pola. teorii, która opisałaby
siły natury w obejmującym wszystko, spójnym systemie. Einsteinem
nie kierowały motywy, które zwykle wiążemy z przedsięwzięciami na-
ukowymi. takimi jak chęć wyjaśnienia konkretnych wyników badaft.
Powodowało nim raczej mocne przeświadczenie, że zgłębienie tajemnic
Wszechświata odsłoni to. co w nim najcudowniejsze: prostotę i siłę za-
sad. które nim rządzą. Einstein chciał wyjaśnić naturę Wszechświata
w sposób tak jasny, jak nigdy dotąd, abyśmy wszyscy mogli podziwiać
Jego absolutne piękno 1 elegancję.
Einsteinowi nigdy nie udało się zrealizować tego marzenia, głów-
nie za sprawą obiektywnych trudności. W owych czasach nie zna-
no Jeszcze pewnych zasadniczych właściwości materii I sił natury
lub - w najlepszym razie - niezbyt dobrze Je rozumiano. Jednakże
w ciągu ostatniego półwiecza kolejne pokolenia fizyków - raz szyb-
ciej, raz wolniej, a czasem zapędzając się w ślepą uliczkę - dzięki
odkryciom swoich poprzedników coraz lepiej rozumiały. Jak funk-
cjonuje Wszechświat. Obecnie, długo po tym. Jak Einstein podjął
bezskuteczną próbę sformułowania zunifikowanej teorii Wszech-
świata. fizycy nabierają pewności, że w końcu odkryli wspólne pod-
stawy rozmaitych fragmentów wiedzy - teorię, która daje możliwość
opisania w zasadzie wszystkich zjawisk fizycznych. Jest to teoria
superstrun. Ona właśnie stała się tematem tej książki.
Napisałem Piękno Wszechświata, aby przybliżyć najnowsze od-
krycia naukowe w dziedzinie fizyki, zwłaszcza tym. którzy nie mają
wykształcenia fizycznego czy matematycznego. Dając w ciągu
ostatnich kilku lat wykłady na temat teorii superstrun. zauważy-
łem ogromne zainteresowanie wynikami obecnie prowadzonych ba-
dan na temat podstawowych praw rządzących Wszechświatem.
10 • PIĘKNO WSZECHŚWIATA
Wiele osób chciało się dowiedzieć, dlaczego prawa te wymagają cał-
kowite) zmiany naszego obrazu kosmosu i jak wiele wysiłku będą
Jeszcze kosztowały poszukiwania teorii ostatecznej. Mam nadzieję,
że wyjaśniając główne osiągnięcia w dziedzinie fizyki od czasów
Einsteina i Heisenberga. a także opisując wspaniałe owoce ich od-
kryć. książka ta zaspokoi ową ciekawość.
Żywię też nadzieję, że Piękno Wszechświata zainteresuje również
czytelników mających pewne przygotowanie z dziedziny nauk ścis-
łych. Liczę na to. że wyjaśniając studentom nauk ścisłych 1 na-
uczycielom fundamentalne zagadnienia współczesnej fizyki -
szczególną 1 ogólną teorię względności oraz mechanikę kwantową -
książka ta przekaże Im Jednocześnie nieco zaraźliwego entuzjazmu,
cechującego badaczy, którzy zbliżają się do odkrycia długo poszu-
kiwanej zunifikowanej teorii. Pamiętając o gorliwym czytelniku lite-
ratury popularnonaukowej, próbuję wyjaśnić wiele napawających
radością osiągnięć, których dokonano w ostatnim dziesięcioleciu.
Mam nadzieję, że moim kolegom zajmującym się innymi dyscypli-
nami naukowymi książka ta pozwoli wyrobić sobie rzetelny 1 wywa-
żony pogląd na to. dlaczego teoretycy strun odnoszą się tak entu-
zjastycznie do postępu w poszukiwaniach ostatecznej teorii natury.
Teoria superstrun obejmuje liczne działy. Jest to złożona dzie-
dzina. korzystająca z wielu najważniejszych odkryć w fizyce. Ponie-
waż łączy prawa dotyczące zarówno tego. co wielkie, jak i tego. co
małe - prawa, które rządzą fizyką opisującą najdalsze zakątki ko-
smosu. ale także najmniejsze fragmenty materii - istnieje wiele
sposobów podejścia do tego tematu. Postanowiłem się skupić na
naszym ewoluującym obrazie przestrzeni i czasu. Uważam ten te-
mat za szczególnie pasjonujący. Mam też nadzieję, że przedstawie-
nie owej problematyki pozwoli dostrzec fascynujące bogactwo naj-
ważniejszych odkryć, których dokonano ostatnio. Einstein pokazał
światu, że przestrzeń i czas zachowują się w niezwykły sposób.
Współcześni badacze włączyli Jego odkrycia do kwantowego
wszechświata o wielu ukrytych wymiarach, których bogata geome-
tria zawiera, być może. klucz do odpowiedzi na część najistotniej-
szych pytart. Chociaż niektóre pojęcia są dość zawiłe, przekonamy
się, że potrafimy uchwycić ich znaczenie za pomocą analogii z życia
codziennego. Po zrozumieniu owych pojęć ujrzymy Wszechświat
w zaskakującej, wręcz rewolucyjnej perspektywie.
W całej książce staram się trzymać faktów naukowych. Jedno-
cześnie często posługuję się analogiami i przenośniami, chcąc, aby
czytelnik Intuicyjnie zrozumiał, w jaki sposób uczeni doszli do obo-
wiązującego dziś wyobrażenia o kosmosie. Unikam języka specjali-
stycznego i równart. ale ze względu na pojawianie się całkowicie
