Vrijeme prolazi, a još uvijek se pitamo – zašto smo ovdje? Odakle smo došli? Kako je nastao svemir? Od čega je napravljen?

Dana nam je privilegija da živimo u razdoblju ogromnog napretka, te smo korak bliže odgovorima na neka od ovih pitanja. Teorija struna je najnoviji pokušaj odgovora na zadnje pitanje… Od čega je načinjen svemir?

Obična materija je načinjena od atoma, koji se sastoje od 3 osnovne komponente – elektrona, koji kruže oko jezgre sačinjene od neutrona i protona. Elektron je nedjeljiva čestica (pripada obitelji čestica nazvanih leptoni), no neutroni i protoni su načinjeni od manjih čestica – kvarkova. Kvarkovi su, koliko znamo, nedjeljivi. Naše trenutno znanje o subatomskoj kompoziciji svemira sažeto je u Standardnom modelu fizike čestica.

Opisuje i osnovne građevne blokove od kojih je sačinjen svemir i sile koje djeluju pri njihovoj interakciji. Postoji 12 osnovnih građevnih blokova: šest su kvarkovi, koji imaju zanimljiva imena gore, dolje, šarm, čudno, dno i vrh (npr. proton je načinjen od dva gore kvarkova i jednog dolje kvarka). Ostalih šest su leptoni – elektron, te njegovi teži rođaci muon i tauon, te još tri neutrina.

Postoje četiri osnovne sile u svemiru: gravitacija, elektromagnetizam, jaka i slaba nuklearna sila. Svaku proizvode osnovne čestice koje se ponašaju i kao nosioci sile. Najpoznatiji primjer je foton, čestica svjetlosti, koja je medijator elektromagnetske sile (to znači da npr., magnet privlači čavao jer oba objekta razmjenjuju fotone). Graviton je čestica koju se povezuje s gravitacijom. Jaku nuklearnu silu nose čestice imena gluoni, a slaba nuklearna sila prenosi se preko tri čestice, W+, W- i Z.

Ponašanje svih tih čestica i sila opisano je s velikom preciznošću u Standardnom modelu, s jednom važnom iznimkom – gravitacijom. Zbog tehničkih razloga, gravitaciju je vrlo teško mikroskopski opisati (jer se sila gravitacije jasno vidi pri kretanju planeta i zvijezda, a u tako malim razmjerima, kad su u pitanju subatomske čestice, sila gravitacije nije jasna). To je, mnogo godina, bilo jedan od najvažnijih problema u teorijskoj fizici – formuliranje kvantne teorije gravitacije. Zadnjih par desetljeća teorija struna pokazala se najizglednijim kandidatom za mikroskopsku teoriju gravitacije. I nadilazi samo tu funkciju, teorija struna donosi nam kompletan, ujednačen i dosljedan opis osnovne strukture svemira.

I zbog toga se ponekad, poprilično arogantno, naziva „teorijom svega”. Osnovna ideja teorije struna je: sve te različite „osnovne” čestice u Standardnom modelu su samo različite manifestacije jednog osnovnog objekta – strune. Supersitne strune duljine od oko 10-35 metara (npr. proton je 100 milijardi milijardi puta veći od tih struna). Kako je to moguće? Obično zamišljamo, npr. elektron, kao točku bez unutarnje strukture. Točka ne može raditi ništa osim kretanja. Ali, ako je teorija struna točna, pod ekstremno snažnim mikroskopom bismo shvatili da elektron zapravo nije točka, već sićušna petlja strune.
Struna može činiti još nešto osim kretanja – može oscilirati na različite načine. Kad struna oscilira na određen način iz daljine u kojoj ne raspoznajemo strune, vidimo elektron. No, ako struna oscilira na drugačiji način, onda vidimo foton ili kvark ili graviton. Vibrirajući na različitim frekvencijama, struna tvori i četiri osnovne sile. Također, teorija struna govori i da svemir nema 3 + 1 dimenziju (3 su tzv. prostorne dimenzije – točka, linija, prostor i četvrta je vrijeme), već najmanje desetak (samo više) prostorno-vremenskih dimenzija. U teoriji struna, supersitne strune obitavaju u prostorima od 10 do 11 dimenzija. Više o dimenzijama vidi na sljedećem videu:

Prema tome, ako je teorija struna točna, cijeli je svemir načinjen od struna! Vjerojatno najuvjerljivija činjenica u vezi teorije struna jest da tako jednostavna ideja zapravo funkcionira – moguće je izvesti Standardni model iz teorije struna. No, treba reći da do danas nema nikakvog dokaza da teorija struna predstavlja točan opis prirode svemira. Znači, teorija struna je u potpunosti teorijski koncept, iako je to većinom zato što se teorija struna još uvijek razvija. Znamo o svemu ponešto, ali još uvijek ne vidimo cijelu sliku, pa nije moguće dati konačne zaključke. Zadnjih godina odvijali su se mnogi zanimljivi pokusi koji su radikalno izmijenili pojam teorije.