Astăzi, imaginea științifică a lumii se dezvoltă în așa fel încât universul nostru este guvernat de două seturi de legi - relativitatea generală, care explică munca minunată a gravitației și mecanica cuantică, care descrie celelalte trei interacțiuni ale universului (nucleare puternică, nucleare slabă și electromagnetism). Puteți lua aceste legi și le puteți aplica pe lucruri la scară largă - planete, galaxii și apoi pe cele mai mici scale - protoni și neutroni. Dar de ce natura a făcut două seturi de legi separate pentru univers?
Teoria superstringului este o încercare de a răspunde la două întrebări: Există o modalitate de a combina relativitatea generală și mecanica cuantică pentru a crea o „teorie a tot”? În ce constă totul?
Teoria superstringului
Ne-am gândit că blocurile de viață erau atomi, cele mai mici componente ale materiei. Dar apoi am lovit atomii și am găsit particule elementare, atât de mici încât nici nu le putem vedea fără să ne schimbăm într-un anumit fel. Pentru a vedea ceva, avem nevoie mai întâi de lumină pentru a sări din obiect și a ne lovi de ochi, alcătuind imaginea. Lumina este formată din unde electromagnetice care trec liber prin particule elementare. Putem face ca aceste valuri să fie mai dense, să le adăugăm energie, astfel încât să lovească particulele și să le putem vedea, dar de îndată ce ceva lovește particula, se schimbă, deci nu o putem vedea în starea inițială. Nu avem idee cum arată particulele elementare. Ca și energia întunecată, materia întunecată, nu putem observa aceste fenomene direct, dar avem motive să credemcă există.
Considerăm aceste particule ca puncte în spațiu, deși în realitate nu sunt. Pentru toate defectele sale, această metodă - ideea mecanicii cuantice că forțele sunt purtate de particule - ne oferă o idee destul de bună despre univers și duce la descoperiri precum solvenții cuantici și trenurile de levitație magnetică. Însăși relativitatea generală a fost un test bun al timpului, explicând stelele neutronice și anomaliile orbitale ale lui Mercur, prezicând găurile negre și lumina curbă. Dar, din păcate, ecuațiile relativității generale, nu mai funcționează în centrul găurii negre și în ajunul Big Bang. Problema este că este imposibil să le reunim, deoarece gravitația este asociată cu geometria spațiului și a timpului, când distanțele sunt măsurate cu exactitate, dar în lumea cuantică nu există nicio modalitate de a măsura nimic.
Când oamenii de știință au încercat să inventeze o particulă nouă care să se mărite gravitația cu mecanica cuantică, matematica lor pur și simplu a eșuat.
Într-un anumit sens, a trebuit să mă întorc la tablă. Prin urmare, oamenii de știință au sugerat că cele mai mici componente ale universului nu sunt puncte, ci șiruri. Vibrații diferite de șiruri creează diferite particule elementare precum quark-urile. Șirurile vibrante ar putea constitui toată materia și toate cele patru forțe din univers - inclusiv gravitația.
Video promotional:
Dimensiuni mai mari
Teoria superstringului are o problemă. Nu va funcționa dacă presupunem că există doar trei dimensiuni spațiale și o singură dimensiune temporală în care trăim. Teoria șirurilor necesită să jucați cel puțin zece dimensiuni.
Când GR a fost concepută pentru prima dată, gravitația a denaturat spațiul și timpul pentru a descrie această forță. Prin urmare, dacă cineva ar dori să descrie o altă forță, cum ar fi electromagnetismul, ar trebui să adauge o nouă dimensiune. Oamenii de știință au scris ecuații care descriu curbele și defectele universului cu o dimensiune suplimentară și au obținut ecuația inițială a electromagnetismului. O descoperire uimitoare
Dimensiunile suplimentare ale teoriei șirurilor ne pot ajuta să explicăm de ce numerele din universul nostru sunt atât de calibrate încât permit să existe totul. De exemplu, de ce viteza luminii este de 299.792.458 metri pe secundă? De asemenea, încearcă să răspundă la întrebarea despre gravitație - de ce această forță este atât de slabă? Este cea mai slabă dintre cele patru interacțiuni fundamentale: de 1040 de ori mai slabă decât forța electromagnetică. Va fi suficient să vă aplecați și să ridicați cartea de pe podea pentru a rezista. În teorie, acest lucru se datorează faptului că gravitația se scurge în dimensiuni mai mari. Gravitatea este formată din șuvițe cu buclă închisă care îi permit să părăsească dimensiunea noastră, spre deosebire de catenele deschise, care sunt mai bine împământate.
De ce nu putem vedea toate aceste dimensiuni?
Pentru că există la un nivel atât de mic încât sunt invizibile pentru noi și sfidează detectarea. Acestea sunt compacte, echipate astfel încât să reproducă fizica lumii noastre, împăturindu-se în forme interesante Calabi-Yau. Diferite forme de Calabi Yau permit diferite vibrații cu coarde și universuri foarte diferite.
Putem chiar testa presupuse universuri multiple. Deoarece presupunem că gravitația se scurge în dimensiuni mai mari, ar trebui să existe mai puțin timp după coliziunea a două particule decât înainte de coliziune. Dar chiar și în cele mai favorabile condiții, testarea a ceva de genul acesta ar fi incredibil de dificilă, evazivă.
Calculele teoriei șirurilor se fac în universuri simulate cu 10 sau 11 dimensiuni în care funcționează matematica. Oamenii de știință încearcă apoi să șteargă dimensiunile suplimentare, dar până acum nimeni nu a reușit să descrie universul nostru sau să conceapă un experiment care să dovedească o teorie. Totuși, acest lucru nu înseamnă că nu avem aplicații pentru teoria șirurilor.
Un instrument matematic dezvoltat ca parte a cercetării teoriei șirurilor ne ajută să înțelegem părți din universul nostru. O putem folosi pentru a explica mai bine paradoxul informațional, gravitația cuantică și unele probleme în matematica pură. Unii oameni de știință folosesc teoria pentru calculele lor în fizica particulelor sau când observă stări exotice ale materiei.
Teoria șirurilor nu poate fi o teorie a tuturor, dar cel puțin este o teorie a ceva.
Ilya Khel
