Zamisli da je svaka čestica u prirodi (elektron, kvark, foton) zapravo ista „stvar”, samo svira drugačiju notu. To je najjednostavnija slika teorije struna: umesto da su osnovni gradivni blokovi tačkice bez dimenzije, oni su neverovatno sitne, jedva zamislive „strune” koje mogu da vibriraju na različite načine. Različite vibracije daju različite čestice, baš kao što različite vibracije žice na instrumentu daju različite tonove. Ideja zvuči romantično, ali je nastala iz vrlo tehničkog problema: fizika 20. veka ima dve moćne teorije koje se uporno ne slažu kada pokušamo da ih spojimo – kvantnu mehaniku (pravila mikrosveta) i opštu teoriju relativnosti (gravitaciju i kosmos).
Priča počinje krajem šezdesetih. Italijanski fizičar Gabrijele Venezijano 1968. piše matematičku formulu koja čudesno dobro opisuje tada poznate procese jakih interakcija. Ubrzo se shvata da ta formula „liči” na fiziku jedne vibrirajuće strune, a pioniri poput Jojičira Nambua, Leonarda Saskajnda i Holgera Nilsena početkom sedamdesetih guraju ideju da iza svega stoji objekat koji se rasteže i osciluje. Međutim, pojavljuje se obrt: teorija struna ne opisuje najbolje jaku silu (to će kasnije preuzeti kvantna hromodinamika), ali u njenom spektru prirodno iskače jedna čestica sa osobinama gravitona – kvanta gravitacije. To je ogroman znak: strune možda nisu teorija jedne sile, već okvir koji „automatski” uključuje gravitaciju.
Sledeća velika stanica je „prva superstrunska revolucija” sredinom osamdesetih. Majkl Grin i Džon Švarc pokazuju da se određene verzije superstruna mogu rešiti najvećeg matematičkog problema – anomalija koje bi teoriju činile nedoslednom. To fizičari doživljavaju kao potvrdu da okvir ima unutrašnju logiku. Krajem osamdesetih i početkom devedesetih, razgranava se čitava „porodica”: ispada da postoji pet konzistentnih superstrunskih teorija u deset dimenzija, a zatim dolazi „druga revolucija” (oko 1995) kada Edvard Viten i drugi povezuju tih pet teorija dualnostima i uvode ideju šireg okvira nazvanog M-teorija, gde se pored struna pojavljuju i „membrane” (brane) viših dimenzija. Džozef Polčinski 1995. daje ključan doprinos razumevanjem D-brana – objekata na koje se strune „kače”, što objašnjava mnoštvo fenomena i ubrzava razvoj cele oblasti.
Ako ti je ovo i dalje apstraktno, evo kako da zamisliš: relativnost kaže da gravitacija nije sila u klasičnom smislu, već zakrivljenost prostora-vremena. Kvantna fizika kaže da je sve „zrnasto” i da polja imaju kvante. Kad pokušaš da kvantizuješ gravitaciju na naivan način, matematika „pobesni” (dobijaš beskonačnosti). Struna, jer je razvučena, a ne tačkasta, „razmaže” interakcije i ublažava te beskonačnosti. U tom smislu, strune su kao četkica umesto igle: ne bodeš prostor-vreme u jednu tačku, već ga dodiruješ preko malog raspona.
Gde smo danas? Teorija struna je i dalje jedan od najrazrađenijih kandidata za „kvantnu gravitaciju” i ujedinjenje sila, ali ima veliki izazov: teško je iz nje izvući jedinstvenu, proverljivu prognozu koju bi eksperimenti mogli lako da potvrde ili obore. Poznata tema je i „pejzaž” mogućih rešenja: teorija dopušta ogroman broj načina da se dodatne dimenzije „smotaju”, pa dobijaš mnoštvo mogućih univerzuma, a naš je samo jedan od njih. S druge strane, strune su donele duboke matematičke alate, ideje o dualnostima i snažan uvid kroz AdS/CFT korespondenciju (predlog Huana Maldacene iz 1997), koja povezuje gravitaciju u jednom prostoru sa kvantnom teorijom bez gravitacije na njegovoj „ivici”. Čak i ako strune nisu „konačna istina”, način razmišljanja koji su izgradile promenio je savremenu teorijsku fiziku: naučio nas je da isti problem može imati dve potpuno različite, ali jednako tačne slike.
Najpoštenije objašnjenje za početnika je ovo: teorija struna je ambiciozna mapa. Nije još putokaz koji te sigurno vodi do cilja u laboratoriji, ali je mapa na kojoj su mnoge duboke veze već iscrtane. A u fizici, ponekad je najveći napredak baš to – da prvi put vidiš da dve udaljene obale zapravo pripadaju istoj kopnenoj masi.
S.B.
