English
Pracovník Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity doc. Mgr. Josef Klusoň, Ph.D., DSc., obhájil disertaci Various Aspects of Hořava-Lifshitz Gravity před komisí Jaderná, subjaderná a matematická fyzika a získal vědecký titul „doktor fyzikálně-matematických věd“. Doc. Josef Klusoň je mezinárodně uznávaným odborníkem v teoretické fyzice, a to především v oblasti teorie strun a kvantové gravitace.
Foto: Stanislava Kyselová, AB
Jedním z nejzávažnějších problémů současné teoretické fyziky je nekonzistence mezi kvantovou mechanikou a obecnou teorií gravitace. Přesněji řečeno, současná moderní teoretická fyzika se zakládá na kvantové teorii pole, která s pozoruhodným úspěchem popisuje tři ze čtyř fundamentálních sil v přírodě, ovšem naráží na nepřekonatelný problém v případě gravitační interakce. Ukazuje se totiž, že standardní postupy kvantové teorie pole aplikované na malé gravitační poruchy vedou k závěru, kdy další a další členy musí být dodány do původního lagrangiánu, a tím daná teorie ztrácí předpovídací schopnost. Takovou teorii nazýváme nerenormalizovatelnou. Tato skutečnost sama o sobě nemusí být problém, jestliže interpretujeme obecnou teorii relativity jako efektivní teorii, která je platná pro popis gravitačních interakcí makroskopických objektů, jež je však účinná po určitou mezní energetickou hodnotu. Za touto mezní hodnotou již nemůžeme popsat kvantovou teorii gravitace pouhým naivním kvantováním obecné teorie relativity a musíme ji nahradit jinou teorií. Otázkou je, jakou formu by tato obecnější teorie měla mít. Jedním z nejznámějších kandidátů je strunová teorie, další možností je smyčková gravitace. Na druhou stranu je užitečné zkoumat možnost, kdy modifikujeme teorii relativity jako standardní teorii pole takovým způsobem, že daná teorie bude poruchově renormalizovatelná a bude se blížit standardní, obecné teorii relativity v limitě nízkých energií.
Ukazuje se, že požadavku lze dosáhnout modifikací lagrangiánu, kdy umožníme, aby lagrangián obsahoval členy vyšších řádů v prostorových derivacích, zatímco stále obsahuje členy prvního řádu v časových derivacích. Na první pohled má tento jednoduchý předpoklad fundamentální důsledky pro danou teorii, protože nyní již časová a prostorové souřadnice nevystupují rovnoprávně, a daná teorie tudíž není invariantní vůči Lorentzovým transformacím. Na druhou stranu se požaduje, aby teorie byla invariantní vůči Lorentzovým transformacím, základním kamenem pro formulaci jakékoli současné teorie pole. Musíme proto požadovat, aby se tato nová teorie relativity, která není invariantní vůči Lorentzovým transformacím v oblasti velkých energií a tudíž je renormalizovatelná, stala invariantní vůči Lorentzovým transformacím v limitě nízkých energií.
Pozoruhodnou teorii formuloval P. Hořava v roce 2009; ihned po jejím zveřejnění si získala mimořádnou pozornost, kdy byla studována ze všech možných směrů – buď čistě teoretického či z hlediska fenomenologického. Z teoretického hlediska se hlavně analyzoval problém, jaký vliv má omezení počtu kalibračních symetrií na počet stupňů volnosti dané teorie, zdali neobsahuje excitace s patologickými vlastnostmi atd. Z fenomenologického hlediska bylo analyzováno, zdali případné důsledky vyplývající z této teorie mohou být v souladu se současnými experimenty. Ukazuje se, že lze formulovat danou teorii způsobem, aby všem těmto požadavkům dostála.
Cílem disertace bylo prozkoumat tuto teorii z čistě teoretického hlediska. Zaměřil jsem se jak na zobecnění teorie na tzv. F(R) teorie gravitace, tak na její kanonickou formulaci, která umožňuje nejlépe identifikovat fyzikální stupně volnosti.
Zkoumání uvedené teorie není jedinou oblastí teoretické fyziky, kterou se zabývám. Mým hlavním záj-mem je oblast strunové teorie, jež je přijímána jako nejnadějnější kandidát velké sjednocující teorie a kterou studují stovky teoretických fyziků po celém světě. Konkrétně se zajímám o dynamiku tachyonu ve strunové teorii (například problém tachyonové kondenzace v teorii otevřených či uzavřených strun) a také o studium klasické dynamiky různých vícedimenzionálních objektů v dané teorii; v minulosti jsem rovněž studoval některé aspekty strunové teorie pole. Dále se zabývám studiem specifické formy superstrunové akce známé jako „pure spinor string“ – s touto problematikou souvisí i můj zájem o vztah mezi integrabilitou a strunovou teorií.
JOSEF KLUSOŇ,
Přírodovědecká fakulta,
Masarykova univerzita v Brně