dodatek B
UNITÁRNÍ TEORIE POLE A KVANTOVÁ GRAVITACE
B.1. Proces sjednocování ve fyzice
B.2. Einsteinovy vize geometrické unitární teorie pole
B.3. Wheelerova geometrodynamika. Gravitace a topologie.
B.4. Kvantová geometrodynamika
B.5. Kvantování gravitačního pole
B.6. Sjednocování fundamentálních interakcí. Supergravitace. Superstruny.
B.7. Obecné principy a perspektivy unitární teorie pole

B.1. Proces sjednocování ve fyzice

Základem vědeckého myšlení je sjednocování: v ohromné rozmanitosti jevů a událostí hledat obecné zákonitosti a společnou podstatu, snažit se vysvětlit různorodost jevů na základě co nejmenšího počtu základních zákonů. Konečným ideálem je (pokud je to možné) vysvětlit všechny přírodní zákony pomocí jediného univerzálního principu. Unitarizační snahy vycházejí z víry v materiální jednotu světa, která je nyní základem veškeré vědy. A právě fyzice, která zkoumá nejzákladnější zákonitosti přírody, náleží sjednocovací úloha mezi všemi přírodními vědami.

Základní etapy sjednocování ve fyzice jsou znázorněny na obr.B.1. Prvním konkrétnějším potvrzením myšlenky, že přírodní zákony pozorované zde na Zemi platí i jinde ve vesmíru, bylo Galileiho pozorování hor na povrchu Měsíce. Za skutečného "otce sjednocování" však lze považovat až I.Newtona, který před asi 300 lety zformuloval zákon všeobecné gravitace a ukázal, že síla zemské tíže způsobující padání těles je identická se silou udržující planety na oběžných dráhách kolem Slunce, tj. s vesmírnou gravitací.

Do "klasického" období unitarizace fyziky lze rovněž zařadit sjednocení mechaniky a termiky v kinetické teorii tepla, podle níž podstatou tepelných jevů je kinetická energie neuspořádaného pohybu molekul a atomů v látkách.

Skvělým příkladem unitarizace ve fyzice je sjednocení elektrických a magnetických sil, které se předtím zdály být zcela různými přírodními silami. Faraday a Ampér v první třetině 19.století zjistili, že magnetické síly (známé do té doby pouze z permanentních magnetů) vznikají pohybem elektrických nábojů. A změny magnetického pole vyvolávají pole elektrické. Tyto poznatky dále rozvinul a zobecnil J.C.Maxwell ve své teorii elektromagnetického pole (§1.5). Důsledkem jednoty elektřiny a magnetismu ve Faradayově-Maxwellově elektrodynamice je existence elektromagnetického vlnění, které se vyzařuje při zrychleném pohybu elektrických nábojů. Vlastnosti těchto elektromagnetických vln se ukázaly být identické s vlastnostmi světla: došlo tak navíc ke sjednocení jevů optických a elektromagnetických. Radiovlny, tepelné záření, světlo, rentgenové i gamma záření, spolu s klasickými i relativistickými efekty elektřiny a magnetismu, jsou tedy jen různými projevy elektromagnetické interakce.

Obr.B.l. Základní etapy sjednocování přírodních zákonitostí. V tomto schématu nejsou zatím zahrnuty slabé a silné interakce ani sjednocování jednotlivých typů interakcí; pokračování schématu unitarizace v oblasti unitárních teorií pole je na obr.B.8.

Rozvoj atomistiky a kvantové mechaniky v první třetině 20. století ukázal, že veškerou rozmanitost chemických jevů lze vysvětlit pomocí elektromagnetických interakcí a kvantových zákonitostí v elektronových obalech atomů jednotlivých prvků; totéž platí o fyzikálních vlastnostech pevných těles (pružnost, pevnost, dislokace), kapalin i plynů. Chemie tak byla fakticky "pohlcena" fyzikou, aspoň co se týče základů.

Další dvě etapy unitarizace souvisejí již s teorií relativity. Ve své speciální teorii relativity Einstein sjednotil prostor a čas do jednotného prostoročasového kontinua, v obecné teorii relativity pak ukázal, že Newtonovská gravitace a setrvačnost jsou společným projevem geometrických vlastností (křivosti) prostoročasu, který má dynamický charakter (kapitola 2). O moderních unitárních teoriích, které se snaží o sjednocení jednotlivých typů interakcí mezi elementárními částicemi, se zmíníme v závěru tohoto dodatku (§B.6). Předtím si však něco řekneme o geometrických unitárních teoriích, které mají k předmětu této knihy bližší vztah.

A. Machův princip		B.2. Einsteinovy vize geometrické unitární teorie pole

Vojtěch Ullmann