Michio Kaku: Božská rovnice
Higgsův boson – božská částice Postupně se tedy z chaosu vynořovala nová teorie, zvaná „standardní model“. Zmatek obklopující změť subatomárních částic se začínal vyjasňovat. Jedno Yangovo-Millsovo pole (takzvaný gluon) drží kvarky pohromadě v neutronu a protonu a další Yangovo-Millsovo pole (částice W a Z) popisuje interakci mezi elektrony a neutriny. Překážkou konečného přijetí standardního modelu však bylo to, že chyběl poslední dílek celé skládačky subatomárních částic, označovaný jako Higgsův boson nebo někdy také jako božská částice. Symetrie nestačí. Potřebujeme způsob, jak tuto symetrii narušit, jelikož vesmír kolem nás symetrický není. Když dnes pozorujeme vesmír, vidíme čtyři síly, které fungují nezávisle na sobě. Na první pohled se zdá, že gravitace, světlo a jaderné síly nemají nic společného. Jak se však vracíme hlouběji do minulosti, začínají se k sobě tyto síly přibližovat, takže je možné, že v okamžiku vzniku vesmíru existovala jen jedna. Rýsoval se nový obrázek, který s využitím částicové fyziky vysvětloval největší záhadu celé kosmologie: zrození vesmíru. Ze dvou velmi odlišných oborů, kvantové mechaniky a obecné relativity, se postupně stával obor jediný. Podle tohoto nového obrázku byly všechny čtyři síly v okamžiku velkého třesku sloučeny v jedinou supersílu, řídící se nejvyšší symetrií. Tato nejvyšší symetrie mohla „otáčet“ každou částici vesmíru v kteroukoli jinou. Rovnice ovládající tuto supersílu byla božská rovnice. Její symetrie byla onou symetrií, kterou se marně snažil objevit Einstein a všichni fyzikové po něm. Jak se po velkém třesku vesmír rozpínal, začal se ochlazovat a různé síly a symetrie se začaly rozpadat na kousíčky. Výsledkem jsou fragmentární symetrie slabé a silné síly, jak je známe z dnešního standardního modelu. Tomuto procesu 98
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS505089
4. Teorie skoro všeho
se říká narušení symetrie. To znamená, že potřebujeme mechanismus schopný „narušit“ onu původní symetrii přesně tak, aby nám zbyl standardní model. A tady se ke slovu dostává Higgsův boson. Abychom to pochopili, představme si přehradu. Voda v přehradě také vykazuje symetrii. Pokud ji pootočíte, bude vypadat víceméně stejně. Všichni ze zkušenosti víme, že voda teče dolů. Tak tomu je proto, že podle Newtona vždy hledá stav s nižší energií. Kdyby se přehrada protrhla, voda by se najednou vyřítila dolů, aby zaujala stav s nižší energií. Voda v nádrži je tedy ve stavu s vyšší energií. Fyzikové tento stav označují jako falešné vakuum, jelikož je nestabilní, dokud voda po protržení hráze nedosáhne pravého vakua, tj. stavu s nejnižší energií v údolí pod hrází. V tento okamžik se původní symetrie ztratí, ale voda zaujme svůj pravý základní stav. S tímto jevem se setkáváme také tehdy, když sledujeme vodu, která se začíná vařit. Než přejde do varu, je voda ve falešném vakuu. Je nestabilní, ale symetrická – když ji pootočíme, bude vypadat stejně. Nakonec se však utvoří malé bublinky, z nichž každá existuje ve stavu s nižší energií, než má voda kolem. Všechny bublinky se začnou rozpínat, a když se jich dostatečné množství spojí, přejde voda do varu. Podle tohoto scénáře byl vesmír původně v dokonale symetrickém stavu. Všechny subatomární částice byly součástí stejné symetrie a všechny měly nulovou hmotnost. A protože měly nulovou hmotnost, bylo možné je přeskupovat bez toho, aby se rovnice změnila. Z nějakého neznámého důvodu však byl vesmír nestabilní; nacházel se ve stavu falešného vakua. Pole nezbytné k přesunu do pravého (ale narušeného) vakua je Higgsovo pole. Podobně jako Faradayovo pole, které prostupuje všemi kouty vesmíru, zaplňovalo též Higgsovo pole celý prostoročas. Z nějakého důvodu se však symetrie Higgsova pole začala rozpadat. 99
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS505089
Michio Kaku: Božská rovnice
Začaly se v něm tvořit maličké bublinky. Vně těchto bublinek byly všechny částice nadále symetrické a bez hmotnosti. Uvnitř bublinek některé částice měly hmotnost. Jak velký třesk postupoval, bublina se rychle rozpínala, částice získávaly odlišné hmotnosti a původní symetrie byla narušena. Nakonec celý vesmír přešel do nového vakuového stavu uvnitř obří bubliny. V sedmdesátých letech 20. století tedy usilovná práce bezpočtu vědců začala přinášet plody. Po několika dekádách přešlapování na místě nyní vědci dávali dílky skládačky dohromady. Uvědomili si, že když pospojují tři teorie (reprezentující silnou, slabou a elektromagnetickou sílu), mohou napsat soubor rovnic, které se skutečně shodují s výsledky pozorovanými v laboratoři. Rozhodujícím krokem bylo stvořit vyšší symetrii poslepováním tří odlišných, menších symetrií. První symetrie, popisující silnou jadernou sílu, navzájem přeskupovala tři kvarky. Druhá symetrie, popisující slabou sílu, zaměňovala elektrony a neutrina. Třetí symetrie popisovala původní Maxwellovo pole. Výsledná teorie byla neohrabaná, ale její úspěch byl nezpochybnitelný.
Teorie skoro všeho Stojí za pozornost, že standardní model dokázal přesně předpovědět vlastnosti hmoty až k okamžiku pouhý zlomek sekundy po velkém třesku. I když standardní model shrnuje naše nejlepší poznatky o subatomárním světě, vykazuje řadu do očí bijících nedostatků. Zaprvé vůbec nezmiňuje gravitaci. To je velký problém, jelikož gravitace je silou řídící chování vesmíru ve velkém 100
Ukázka elektronické knihy