Supergravitacija se pokazala kao matematički konzistentna teorija, posebno u svojoj 11-dimenzionalnoj verziji, koja je postala temelj za razvoj M-teorije.
Na prvu, svemir izgleda uredno i predvidljivo. Planeti kruže, svjetlost se širi, mase privlače jedna drugu. Na tim razmjerima, Einsteinova opća teorija relativnosti izvrsno opisuje gravitaciju. No kad se pokušamo spustiti do same srži materije, do razine subatomskih čestica, pravila se mijenjaju. Ulazimo u područje kvantne fizike, gdje se stvarnost ponaša na posve drugačiji, nelinijaran i vjerojatnosni način.
I tu nastaje problem: gravitacija, kako ju je opisao Einstein, ne može se pomiriti s kvantnom mehanikom. Fizičari već desetljećima pokušavaju spojiti ta dva svijeta u jednu sveobuhvatnu teoriju, teoriju svega. Jedan od najozbiljnijih kandidata u toj potrazi je teorija supergravitacije.
Što je zapravo supergravitacija?
Supergravitacija je teorijski model kvantne gravitacije koji pokušava ujediniti Einsteinovu opću relativnost sa zakonima kvantne fizike pomoću koncepta supersimetrije — ideje prema kojoj svaka čestica ima svog, još neotkrivenog, supersimetričnog partnera. Za elektrone bi to bio selektron, za kvarkove skvark, za gluone gluino, i tako dalje.
No to nije sve. U širem kontekstu moderne teorijske fizike, supergravitacija se ne razvija samostalno, već se pojavljuje kao niskofrekventna aproksimacija takozvane teorije superstruna. U toj teoriji, osnovne čestice svemira nisu točkasti entiteti, već jednodimenzionalne strune koje vibriraju različitim frekvencijama. Te strune imaju veličinu reda tzv. Planckove duljine (~10⁻³⁵ m), a način na koji vibriraju određuje svojstva čestica koje opažamo u prirodi.
Unutar tog matematičkog okvira, gravitacijska sila prenosi se hipotetskom bezmasenom česticom sa spinom 2, nazvanom graviton. Supersimetrija predviđa i njegovog partnera, gravitino, česticu sa spinom 3/2, koja u teoriji supergravitacije postaje dinamička, odnosno sposobna za međudjelovanje s drugim poljima.
Povezanost sa supersimetrijom, superstrunama i M-teorijom
Supergravitacija ne postoji izolirano. Ona je dio šireg teorijskog okvira koji uključuje:
Supersimetriju (SUSY)
Ideja da svaka čestica ima svoj supersimetrični par nije samo matematički elegantna, već rješava i nekoliko problema Standardnog modela fizike čestica, uključujući hijerarhijski problem mase Higgsova bozona. Iako supersimetrične čestice još nisu otkrivene, one se aktivno traže u eksperimentima visoke energije, poput onih u CERN-u.
Teoriju superstruna
U 1970-ima fizičari su otkrili da teorije struna prirodno uključuju bezmasenu česticu sa spinom 2 — gravitona. To je označilo prekretnicu: gravitacija se više nije morala dodavati teoriji izvana — bila je sadržana u njenim temeljima. Teorija superstruna pružila je prvi dosljedni kvantni okvir za gravitaciju.
M-teoriju
Krajem 1990-ih pokazalo se da svih pet konzistentnih teorija superstruna zapravo predstavljaju različite aspekte dublje, jedinstvene strukture nazvane M-teorija. Ova teorija uključuje 11 dimenzija — četiri koje poznajemo (uključujući vrijeme) i dodatnih sedam koje su kompaktificirane, tj. “zarolane” na mikroskopskoj skali. U niskim energijama, M-teorija se ponaša kao supergravitacija.
Zašto je supergravitacija važna?
1. Jedinstveni opis prirodnih sila
Supergravitacija omogućuje gravitaciji da se opiše kvantnim jezikom, što nijedna ranija teorija nije uspjela postići bez matematičkih problema. Time se otvara mogućnost objedinjavanja sve četiri temeljne sile prirode: gravitacijske, elektromagnetske, slabe i jake nuklearne.
2. Matematička konzistentnost
Za razliku od ranijih pokušaja kvantizacije gravitacije koji su vodili do beskonačnih ili nelogičnih vrijednosti, supergravitacija je matematički dosljedna, osobito u svojoj 11-dimenzionalnoj verziji, koja se smatra najkompletnijom i najstabilnijom.
3. Veza s tamnom tvari i kozmologijom
Neki supersimetrični kandidati, poput gravitina ili neutralina, često se navode kao mogući oblici tamne tvari, nevidljive komponente svemira koja ima gravitacijski utjecaj, ali ne emitira svjetlost ni zračenje. Supergravitacija time dobiva i kozmološku važnost.
4. Eksperimentalna provjerljivost
Iako još nije potvrđena, supergravitacija nije izvan domašaja eksperimentalne fizike. Projekti poput ATLAS i CMS na Velikom hadronskom sudaraču u CERN-u traže tragove supersimetričnih čestica. Otkriće ijednog supersimetričnog partnera bio bi ogroman pomak i potvrda ovog teorijskog okvira.
Dodatne dimenzije, Higgs i budućnost
Supergravitacija i srodne teorije predviđaju i više Higgsovih bozona, kao i dodatne dimenzije prostora koje ne možemo izravno opažati, ali koje utječu na svojstva čestica i polja u našem svemiru. Mehanizmi poput kompakcifikacije dimenzija mogu objasniti zašto određene čestice imaju masu koju imaju.
Ako se u budućim eksperimentima otkriju dodatni Higgsovi bozoni, ili pak čestice koje odgovaraju supersimetrijskim predviđanjima, to bi bio snažan dokaz u korist supergravitacije, i korak prema konačnoj teoriji svega.
Supergravitacija nije samo matematička egzotika. To je jedan od najsloženijih, ali i najobećavajućih pokušaja da se objasni kako svemir funkcionira na svim razinama, od najmanjih čestica do zakrivljenosti prostor-vremena. U svojoj srži, to je potraga za elegantnim, jedinstvenim zakonom prirode koji bi mogao stajati iza svega što postoji.
Iako još nismo pronašli sve dijelove slagalice, supergravitacija — zajedno s teorijama superstruna i M-teorijom — možda nam pokazuje kamo trebamo gledati.
Ivan je novinar, bloger i autor s više od 15 godina iskustva u digitalnim medijima. Piše o širokom spektru tema, uključujući svemir, astronomiju, znanost, povijest i arheologiju. Objavljuje kao gostujući autor u Večernjem listu, a kao stručni sugovornik gostovao je u emisijama na kanalima Science Discovery i History Channel. Osnivač je portala Kozmos.hr, prvog hrvatskog online magazina posvećenog popularizaciji znanosti i svemira.
