Jsou elektrony a kvarky body?

V takzvaném standardním modelu elementárních částic jsou skutečně elementární částice, což je třeba elektron nebo kvark, bodové částice. Mají tedy mít nulové rozměry. Je to možné?

Každá teorie je v něčem zjednodušení. Například v Newtonově fyzice byla možná (lokálně) nadsvětelná rychlost hmotných těles, přesto taková rychlost nikdy neexistovala. Nejsou bodové částice také takovým zjednodušením?

Na rozhodnutí této otázky stačí prostá úvaha dalšího ze tří pilířů moderní fyziky, a to obecné teorie relativity. Kdyby jakákoliv částice měla nulové rozměry, zhroutila by se okamžitě do černé díry a tím by se navenek už dále projevovala jen gravitačně. Neměla by pak žádné další vlastnosti jako náboj nebo spin atd. Jenže zmíněné částice spin a náboj mají. Taková částice by dokonce nemohla být ani černou dírou, ale pouze jejím "středem", singularitou. To by ale dávalo stejný závěr, tedy že by se projevovala jen gravitačně.

Ke stejnému závěru dojde i další prostá úvaha. Kdyby byla částice bodová, neměla by žádnou strukturu a bez struktury nelze mít jakékoliv vlastnosti. Vezměme si takový spin. Není to sice zdaleka prostá rotace, ale je to jistě nějaká forma vnitřního pohybu. Není-li ale žádný vnitřek, nemá se co uvnitř pohybovat. Takové částice by také ani nemohly mít vazby s ničím. Člověku taky musí mít "strukturu", třeba ruce, aby s jinými vytvořil např. lidský řetěz nebo fotbalovou vlnu.

Dokonce se dá dojít i k závěru, že bodová částice by neměla ani gravitaci, což podporují snahy o vytvoření kvantové gravitace. Ty vycházejí z toho, že singularita černých děr s nulovými rozměry je fyzikální nesmysl, který dosazený do rovnic obecné teorie relativity dává jen nesmyslná řešení. Jestliže tedy myslíme, že nějaké částice jsou skutečně bodové, myslíme si to špatně. Jsou jen tak malé, že to zatím nedokážeme změřit.

Je zajímavé, že podobný problém řešil už Isaac Newton. Ve své teorii gravitace zavedl totiž představu těžiště, ve kterém se koncentruje veškerá hmotnost tělesa. Matematicky to vychází, ale Newton věděl, že je to logický nesmysl, zjednodušení. Dokonce kvůli tomu odkládal zveřejnění svých slavných Principií. Že jde o ne zcela korektní zjednodušení se projevilo ve zmatené představě negativní energie. Jestli vás to zajímá, můžete se o tomto problému něco dovědět v textu Nevědecké pohádky moderní vědy IV - negativní energie.