Sjednocení sil
Z Wikina
(sjednocení interakcí)
V okolní přírodě a ve vesmíru vůbec probíhají nejrůznější silová působení. Fyzikové se snaží je zredukovat na co nejmenší počet základních sil (interakcí), které působí mezi elementárními částicemi, a tak ovládají všechny změny, stavbu a vývoj vesmíru. Jejich heslem je „E pluribus unum“ („z mnoha sil jedinou“).
Obsah |
První krok
Prvním krokem v této snaze byl objev gravitačního zákona I. Newtonem (za významného přispění jeho předchůdců, především Galileiho a Keplera). Podle gravitačního zákona jsou gravitační děje na Zemi (pád, šikmý vrh,..) a pohyby nebeských těles (Měsíce, planet, komet-..) jevově tolik odlišné a přesto jde pouze o různé projevy téže všeobecné gravitační síly.
Druhý krok
Druhým krokem bylo sjednocení elektrických a magnetických jevů v jednotné elektromagnetické interakci. Teorii vypracoval J. C. Maxwell (1831–1879) na základě prací M. Faradaye a dalších významných experimentátorů.
Třetí krok
Třetím krokem v hledání základních sil bylo v 60. letech 20. stol. sjednocení elektromagnetické interakce se slabou interakcí v interakci jedinou, nazvanou elektroslabou. O vytvoření této teorie se zasloužili S. Glashow, Abdus Salam, S. Weinberg, G.´t Hooft a M. Veltman. Názorně si lze přestavit elektroslabou interakci tak, že ji zprostředkovávají speciální částice, přičemž jevové odlišnosti jsou vysvětlovány odlišnými vlastnostmi vyměňovaných částic. Zprostředkovatelem elektromagnetické interakce jsou fotony, kdežto slabá interakce má tři přenašeče: jsou jimi těžké bosony W+, W– a Z0. Tyto velmi těžké bosony (asi stokrát těžší než proton) byly experimentálně objeveny počátkem 80. let 20. stol.
Čtvrtý krok
Čtvrtý krok je sjednocení elektroslabých interakcí se silnou interakcí v jednotnou teorii elektromagnetických, slabých a silných interakcí. Silná interakce je zprostředkována gluony. Gluonů je osm, mají nulovou klidovou hmotnost a podobně jako kvarky neexistují jako volné částice. Jsou pouze vázány v hadronech. Gluonová síla působí tzv. uvěznění (confinement) kvarků v hadronech a je příčinou stability protonu a poměrně dlouhé životní doby neutronu. Podobně jako elektromagnetická interakce je závislá na náboji, je i silná interakce závislá na analogické veličině, pro kterou byl dohodnut název barva. S barvou v běžném smyslu však nemá vůbec nic společného. Zatímco elektrický náboj je buď kladný, nebo záporný, barva má tři hodnoty – nazývané opět smluvně - žlutou, modrou a červenou. Touto „barvou“ jsou nabité nejen kvarky, ale i samy gluony - přenašeči silné interakce, a tedy obdoba fotonů a částic W+, W– a Z0, přenašečů elektromagnetické a slabé interakce. Při velmi vysokých teplotách se vzájemný poměr interakcí mění. Zatímco silná interakce se vzrůstající teplotou slábne, slabá a elektromagnetická zvolna sílí, a to tak, že teplotou směřují všechny tři k jedné společné hodnotě. Ta by měla být dosažitelná při energiích částic 1015-1016 GeV, což odpovídá teplotám 1028-1029 K. Za těchto teplot jsou všechny tři interakce svými projevy stejné (nebo alespoň podobné). Důležitou kosmologickou variantou jednotné teorie elektromagnetické, slabé a silné interakce je tzv. velké sjednocení (grand unification, GUT).
Pátý krok
Pátým krokem, a konečným cílem na cestě k jednotné teorii všech sil, je začlenění gravitace. Podle teorie mají relativistické částice látky za obrovských teplot (kolem 1032 K) mnohonásobně vyšší hmotnost (a tedy i mnohonásobně vyšší gravitační přitažlivost). Částice za těchto teplot mají obrovskou energii (1019GeV), tedy stomilionkrát větší, než je energie těch nejenergičtějších částic doposud zaregistrovaných v kosmickém záření (1020eV). V částicích s tak obrovskou energií jsou sjednoceny všechny síly v jedinou, nazývanou supergravitace.
Bezprostředně po velkém třesku (za teplot ±1032 K) byly částice vybaveny jen supergravitací. Ta se záhy s chladnoucím vesmírem (při teplotách 1028-1029 K) rozštěpila na gravitaci a velkou sjednocenou sílu. Od ní se s klesající teplotou odštěpila síla jaderná (silná interakce) a zůstala síla elektroslabá. I ta se na konec rozdělila na slabou a elektromagnetickou - tak jak je známe v dnešním chladném vesmíru. Jak vidno, teorie sjednocení sil má základní důležitost pro poznání nejranějšího období vesmíru.
Velké sjednocení
Teoretici usilují o vybudování jednotné teorie leptonů a kvarků, která by zahrnovala i silnou interakci. Tato teorie se nazývá velké sjednocení a mělo by k němu dojít za velmi vysokých teplot. Základní stavební jednotky vesmíru – leptony a kvarky – nejsou v této teorii dvě zcela odlišné skupiny (které se projevují např. zachováním počtu leptonů a zachováním počtu baryonů). Naopak, podle teorie velkého sjednocení tvoří jedinou rodinu a může docházet k přeměně jedněch v druhé. Například proton by se podle této teorie (za dobu mnohem delší, než je stáří vesmíru) rozpadl na pozitron a pion: p → e+ + p0 .
Pokusy Superkamiokande však takový rozpad neprokázaly.
