Frank Wilczek, autor článku [X1] osvětluje, jakým možným způsobem se může ubírat moderní fyzika. Tento způsob je v příkrém rozporu s Popperovým přesvědčením, že klíčem vědeckého pokroku je falsifikace.

Supersymetrie byla a je krásná myšlenka. Rozšiřuje pojem symetrie ve speciální teorii relativity. Speciální teorie relativity postuluje invarianci fyzikálních zákonů vzhledem k pohybu vztažné soustavy souřadnic konstantní rychlostí. Umožňuje provádět transformace souřadnic, které se navzájem pohybují různou konstantní rychlostí a předpovídá vlastnosti pohybujících se těles. Supersymetrie postuluje invarianci fyzikálních zákonů vzhledem k určitým druhům pohybu v kvantově mechanickém rozšíření prostoročasu, v superprostoru. Superprostor má navíc čtyři kvantově mechanické dimenze, které jsou svými vlastnostmi zcela odlišné od prostoročasových dimenzí. Když se částice "pohybuje" v těchto dodatečných kvantových dimenzích, získává určité množství úhlového momentu nebo spin. Matematikové si od supersymetrie slibovali a dosud slibují, že pomůže sjednotit základní principy a zákony fyziky, protože umožňuje provádět transformace mezi částicemi s různým spinem. Několik různých druhů částic, které se od sebe liší spinem, by mohlo být projevem jediné entity pohybující se v superprostoru různými rychlostmi.

Problémem s použitím supersymetrie však je skutečnost, že pro náš svět je příliš dokonalá. Nejsme schopni nalézt částice, které supersymetrie předpovídá. Například nepozorujeme částice, které by měly stejnou hmotnost a náboj jako elektron, avšak odlišnou velikost spinu (tedy nikoliv 1/2).

Principy supersymetrie, které by mohly sjednotit základy fyziky, proto lze těžko přijmout, avšak teoretičtí fyzikové se jich nechtějí vzdát tak snadno. Na základě předchozích zkušeností s jinými formami symetrie vymyslely nový princip, označovaný jako spontánní narušení symetrie. Podle tohoto přístupu fundamentální rovnice fyziky sice obsahují symetrii, avšak stabilní řešení těchto rovnic nikoliv. Klasickým příkladem tohoto jevu je běžný permanentní magnet. V základních rovnicích, které popisují fyziku kousku železa, jsou všechny směry v prostoru ekvivalentní, avšak když se tento kousek železa stane magnetem, jeho magnetické pole má určitý směr.

Supersymetrie sice neodpovídá vlastnostem našeho světa, avšak studium spontánně narušená symetrie se stalo výzkumným programem. Spontánně narušená symetrie vypovídá o rovnicích, které popisují svět, avšak pouze nepřímo o světě samotném. Tvůrčí aktivita se soustřeďuje na vytváření různých kandidátů rovnic supersymetrie a na analýzu jejich důsledků.

Sestavení modelů se spontánně narušenou symetrií, které jsou konzistentní s fundamentálními principy fyziky, je obtížné. Přestože vysvětlíme, jak mohlo dojít k narušení symetrie, v modelu se objeví dodatečné těžké částice, které způsobují problémy.

Autor článku [X1] Frank Wilczek vzpomíná na svého kolegu Savase Dimopoulose. Wilczek v polovině 70. let 20. století se svými kolegy vytvořil několik jednodušších modelů, avšak později další pokusy vzdal.

Savas Dimopoulos měl přirozené nadání při vytváření modelů ve dvou rozhodujících aspektech: netrval na jednoduchosti a nikdy se nevzdal. Když narazil na nějaký problém (řekněme A), který jeho model neřešil, říkal, že nejde o skutečný problém a že si je jist jeho vyřešením. Následujícího dne navrhl propracovanější model, který problém A řešil. Jenže pak narazil na problém B, který byl schopen řešit úplně jiným modelem. Aby vyřešil problém A i B, spojil dva původní modely v jeden, až narazil na problém C. Brzy jeho modely byly neuvěřitelně složité. Svůj model rozpracoval do podrobností, dokud nenarazil na nějakou chybu. Následujícího dne byl nesmírně šťastný, když vytvořil ještě složitější model, jímž chybu odstranil. Všechny chyby modelu byly nakonec odstraněny metodou "důkazu vyčerpáním". Kdokoliv, včetně autora článku [X1] a jeho kolegů, se pokoušel analyzovat takový model, byl vyčerpán ještě předtím, než vůbec pochopil všechny možné chyby.

Když se autor článku [X1] pokusil zapsat, co by bylo možno publikovat ze společné práce se Savasem Dimopulosem, měl pocit určité nereálnosti a rozpaky nad složitostí a nejasností toho, čím se zabývali. Nemohl se ubránit srovnání jejich práce s některými skutečně elegantními myšlenkami o sjednocení, které vznikly z více konvenčních typů kalibrační symetrie a nikoliv supersymetrie. Tyto myšlenky byly neobvykle plodné při vysvětlení některých věcí, které již známe, jako je relativní velikost vazebných konstant silné, elektromagnetické a slabé interakce.

Savas Dimopoulos se nedal odradit. Byl přesvědčen, že tyto myšlenky by zřejmě nebyly tak elegantní, pokud by měly být úplně realistické a rozpracované do podrobností. Hovořil se Stuartem Rabym o pokusech upravit tyto kalibrační modely doplněním supersymetrie. Frank Wilczek byl zpočátku velmi skeptický, neboť byl přesvědčen, že doplnění složitostí supersymetrie by mohlo zničit úspěch kalibrační symetrie při vysvětlení vazebních konstant. Přesto se Dimopoulos, Raby a Wilczek pustili do výpočtů, aby se přesvědčili, jak špatná situace nastane. Po získání orientace a provedení některých výpočtů se rozhodli zcela ignorovat problém narušení supersymetrie, který jim umožnil použít velmi jednoduché (avšak nerealistické) modely.

Výsledek byl velmi překvapivý. Supersymetrická verze modelů kalibrační symetrie, přestože se zásadním způsobem lišila od původních verzí, vedla k téměř stejným výsledkům při vysvětlení vazebních konstant.

Autor článku [X1] je přesvědčen, že šlo o rozhodující okamžik. Dimopoulos, Raby a Wilczek odložili stranou "nikoliv chybné" složité modely se spontánně narušenou symetrií a napsali krátký článek, který přísně vzato (s nenarušenou supersymetrií) byl chybný. Avšak článek obsahoval jasný a úspěšný výsledek, na jehož základě by myšlenka sjednocení supersymetrie a kalibrační symetrie mohla být oprávněná. Autoři se nezabývali problémem, jak došlo k narušení supersymetrie. Přestože se již objevily určité rozumné představy, dosud neexistuje obecně přijatelné řešení.

Přesnější měření vazebných konstant umožnila rozlišit mezi předpověďmi modelů se supersymetrií a bez ní. Ukázalo se, že modely se supersymetrií fungují lépe. Autor článku [X1] a jeho kolegové s napětím očekávají výsledky provozu velkého srážkového urychlovače hadronů LHC (Large Hadron Collider) v CERN. Pokud jsou myšlenky supersymetrie správné, pak by měly být objeveny nové supersymetrické částice, tedy nové dimenze superprostoru.

Autor článku [X1] je přesvědčen, že tento drobný příběh o supersymetrii vyvrací představu Karla Poppera o tom, že vědeckého pokroku lze dosáhnout pouze falzifikací teorií. Dimopoulos, Raby a Wilczek se rozhodli považovat svoji teorii za správnou a dospěli ke zcela novým výsledkům. Podobně David Gross a autor článku [X1] Frank Wilczek se rozhodli navrhnout kvantovou chromodynamiku založenou na asymptotické volnosti a ignorovat přitom problém uvěznění kvarků. Avšak to již je jiný příběh...
 

Odkazy:

[X1]  Frank Wilczek: From "Not Wrong" to (Maybe) Right. Center for Theoretical Physics. Department of Physics. Massachusetts Institute of Technology. 24 Mar 2004. physics/0403115 e-Print archive. Los Alamos National Laboratory. US National Science Foundation.