Teorija superstrings je priljubljen jezik za lutke

Teorija superstrings, v ljudskem jeziku, predstavlja vesolje kot niz vibriranih pramenov energijskih nizov. So osnova narave. Hipoteza opisuje druge elemente - branje. Vse snovi v našem svetu so sestavljene iz vibracij žic in odrezkov. Naravna posledica teorije je opis gravitacije. Zato znanstveniki verjamejo, da vsebuje ključ za združevanje gravitacije z drugimi interakcijami.

Koncept se razvija

Teorija enotnega polja, teorija superstrings, je povsem matematična. Tako kot vsi fizični koncepti temeljijo na enačbah, ki jih je mogoče razlagati na določen način.

Danes nihče natančno ne ve, kaj bo končna različica te teorije. Znanstveniki imajo precej nejasno predstavo svojih skupnih elementov, vendar nihče še prišli do končne enačbe bi zajel vse teorije superstrun in poskusa še ni mogla potrditi (čeprav ovrgli preveč). Fiziki so ustvarili poenostavljene različice enačbe, vendar doslej v celoti ne opisuje našega vesolja.

Teorija superstrings za začetnike

Pet hipotez temelji na hipotezi.

1. Teorija superstrings napoveduje, da so vsi predmeti našega sveta sestavljeni iz vibracijskih pramenov in energijskih membran.
2. Poskuša združiti splošno teorijo relativnosti (gravitacije) s kvantno fiziko.
3. Teorija superstrings bo združila vse temeljne sile vesolja.
4. Ta hipoteza napoveduje novo povezavo, supersimetrijo, med dvema bistveno različnima vrstama delcev, bozoni in fermionsi.
5. Koncept opisuje številne dodatne, običajno neopazne meritve vesolja.

Strune in brane

Ko je teorija nastala v sedemdesetih letih, so bile niti energije v njej obravnavane kot 1-dimenzionalni objekti - strune. Beseda "enodimenzionalna" pravi, da ima niz samo eno dimenzijo, dolžino, v nasprotju s, na primer, kvadratom, ki ima dolžino in višino.

Ta teorija superstringa je razdeljena na dve vrsti - zaprta in odprta. Odprti niz ima konca, ki se ne dotikajo, medtem ko zaprti niz zanko brez odprtih koncev. Kot rezultat, je bilo ugotovljeno, da za te nize, imenovane nizi prve vrste, velja 5 osnovnih vrst interakcij.

Interakcije temeljijo na sposobnosti niza, da se poveže in ločuje njene konce. Ker se konci odprtih nizov lahko združijo, da tvorijo zaprti nizi, ne moremo zgraditi teorije superstrin, ki ne vključuje zankastih nizov.

To se je izkazalo za pomembno, saj imajo zaprti nizi lastnosti, kot verjamejo fiziki, kar bi lahko opisalo gravitacijo. Z drugimi besedami, znanstveniki so spoznali, da lahko teorija superstrings, namesto razlaga delcev snovi, opisuje njihovo vedenje in gravitacijo.

Po mnogih letih je bilo ugotovljeno, da je poleg teorije teorija potrebovala tudi druge elemente. Lahko jih štejemo za liste ali branke. Žice lahko pritrdite na eno ali obe strani.

Kvantna gravitacija

Sodobna fizika ima dva osnovna znanstvena zakona: splošna teorija relativnosti (GTR) in kvantna teorija. Predstavljajo popolnoma druga področja znanosti. Kvantna fizika proučuje najmanjše naravne delce in GTR praviloma opisuje naravo v lestvicah planetov, galaksij in vesolja kot celote. Hipoteze, ki se jih poskušajo združiti, se imenujejo teorije kvantne gravitacije. Najbolj obetaven od njih danes je niz.

Zaprti pramoti ustrezajo obnašanju teže. Zlasti imajo lastnosti gravitona, ki prevaža gravitacijo med predmeti.

Združevanje sil

Teorija nizov poskuša združiti štiri sile - elektromagnetne, močne in šibke jedrske interakcije ter gravitacijo - v eno. V našem svetu, pa se kažejo kot štirih različnih pojavov, vendar niz teoretiki menijo, da je v zgodnjem vesolju, ko je bilo neverjetno visoke ravni energije, vse te sile so opisani v strune, v stiku s seboj.

Supersimetrija

Vse delce v vesolju lahko razdelimo na dve vrsti: bozoni in fermioni. Teorija nizov napoveduje, da obstaja povezava med njima, imenovana supersimetrija. Za supersimetrijo mora za vsak bozon obstajati fermion, za vsak fermion pa boson. Na žalost, obstoj takih delcev ni bil eksperimentalno potrjen.

Supersimetrija je matematično razmerje med elementi fizičnih enačb. Ugotovljeno je bilo na drugem področju fizike, njegova uporaba pa je privedla do preimenovanja teorije supersimetričnih nizov (ali teorije superstringa, popularnega jezika) sredi sedemdesetih let prejšnjega stoletja.

Ena od prednosti supersimetrije je, da zelo poenostavlja enačbe, kar vam omogoča izključitev nekaterih spremenljivk. Brez supersimetrije enačbe vodijo do fizičnih nasprotij, kot so neskončne vrednosti in imaginarne energijske ravni.

Ker znanstveniki niso opazili delcev, ki jih predvideva supersimetrija, je še vedno hipoteza. Mnogi fiziki verjamejo, da je razlog za to potreba po znatni količini energije, ki je povezana z maso znane Einsteinove enačbe E = mc². Ti delci bi lahko obstajali v zgodnjem vesolju, a ko se je ohladil, in po Velikem prahu se je energija razširila, ti delci so se preselili na nizkoenergetske ravni.

Z drugimi besedami, strune, ki vibrirajo kot delce z visoko energijo, so izgubile energijo, kar jih je spremenilo v elemente z nižjimi vibracijami.

Znanstveniki upajo, da bodo astronomska opazovanja ali eksperimenti s pospeševalniki delcev potrdila teorijo, ki bi razkrila nekatere supersimetrične elemente z višjo energijo.

Dodatne meritve

Druga matematična posledica teorije nizov je, da je smiselna v svetu, katerega število dimenzij je večje od treh. Obstajata dve razlagi za to:

1. Dodatne meritve (šest od njih) so zvit ali v terminologiji teorije nizov zgoščene do neverjetno majhne velikosti, ki se ne bodo nikoli zaznavale.
2. Zataknili smo v tridimenzionalni brane, druge dimenzije pa se prekrivajo in so nam nedostopne.

Pomembna linija raziskav med teoretiki je matematično modeliranje, kako je mogoče te dodatne koordinate povezati z našimi. Nedavni rezultati napovedujejo, da bodo znanstveniki kmalu lahko odkrili te dodatne meritve (če obstajajo) pri prihajajočih poskusih, saj so lahko večje od pričakovanj.

Razumevanje cilja

Cilj, s katerim znanstveniki skušajo raziskati superstring, je "teorija vsega", to je enotna fizična hipoteza, ki na temeljni ravni opisuje celotno fizično resničnost. Če bi bila uspešna, bi lahko razjasnila veliko vprašanj o strukturi našega vesolja.

Pojasnilo snovi in ​​mase

Ena od glavnih nalog sodobnih raziskav je iskanje rešitev za prave delce.

Teorija nizov se je začela kot koncept, ki opisuje takšne delce kot hadronov, ki jih uporabljajo različna višja vibracijska stanja v nizu. V večini sodobnih formulacij je vprašanje, ki ga opazujemo v našem vesolju, posledica vibracij žic in barij z najnižjo energijo. Vibracije z višjo energijo ustvarjajo visokoenergetske delce, ki trenutno ne obstajajo v našem svetu.

Masa teh elementarni delci je manifestacija, kako so strune in brusi zaviti v kompaktirane dodatne dimenzije. Na primer, v poenostavljenem primeru, ko so zviti v obliki krofa, imenovane matematiki in fiziki, lahko niz vrne to obliko na dva načina:

• kratka zanka skozi sredino torusa;
• Dolga zanka okoli celotnega zunanjega oboda torusa.

Kratka zanka bo lahko delček, velika pa bo težka. Pri ovijanju niza okoli torusastih kompaktiranih meritev nastajajo novi elementi z različnimi masami.

Teorija superstrings je kratek in razumljiv, preprost in elegantno razlaga prehod dolžine v maso. Zmanjšane meritve so veliko bolj zapletene od torusa, vendar načeloma tudi delujejo.

Morda, čeprav je težko zamisliti, da niz hkrati obrne torus v dveh smereh, bo rezultat še en delec z drugo maso. Ometi lahko zavijejo tudi dodatne dimenzije in ustvarijo še več možnosti.

Opredelitev prostora in časa

V mnogih različicah se teorija merjenja superstringa vihra, zaradi česar jih ni mogoče opazovati na sodobni ravni tehnološkega razvoja.

Sedaj ni jasno, ali lahko teorija nizov razloži temeljno naravo prostora in časa, ki je več kot Einstein. V njenih meritvah so ozadje za interakcijo nizov in nimajo resničnega resničnega pomena.

Ponujene so bile pojasnila, ki niso bila v celoti razvita, kar zadeva predstavitev vesoljskega časa kot izpeljanka celotne vsote vseh interakcij nizov.

Ta pristop ne ustreza zamislim nekaterih fizikov, kar je povzročilo kritiko hipoteze. Konkurenčna teorija kvantna gravitacija zanke kot izhodišče uporablja kvantizacijo prostora in časa. Nekateri verjamejo, da bo na koncu le še en pristop k isti osnovni hipotezi.

Kvantitativna teža

Glavni dosežek te hipoteze, če bo potrjen, bo kvantna teorija gravitacije. Sedanji opis gravitacije v splošni relativnosti se ne strinja s kvantno fiziko. Slednje, ki nalagajo omejitve obnašanja majhnih delcev, pri poskusu raziskovanja vesolja v izjemno majhnem obsegu, vodijo do nasprotij.

Združevanje sil

Trenutno so fizikalcem znane štiri temeljne sile: gravitacija, elektromagnetna, šibka in močna nuklearna interakcija. Iz teorije nizov sledi, da so bili nekoč vsi manifestacije enega.

Glede na to hipotezo, ker se je zgodnje vesolje ohladilo po velikem udarcu, se je ta enotna interakcija začela razpadati v različne, ki delujejo danes.

Eksperimenti z visokimi energijami bodo nekega dne omogočili odkrivanje združevanja teh sil, čeprav takšni poskusi daleč presegajo sedanji razvoj tehnologije.

Pet možnosti

Po revolucionarni revoluciji leta 1984 je bil razvoj izveden z grozljivo hitrostjo. Kot rezultat, namesto enega koncept obrnil pet, ki se imenuje tipa I, IIA, IIB, HO, HE, od katerih je skoraj v celoti opisuje naš svet, vendar ne do konca.

Fiziki, ki so pregledali različice teorije nizov v upanju, da bi našli univerzalno pravo formulo, so ustvarili 5 različnih samozadostnih možnosti. Nekatere njihove lastnosti so odražale fizično resničnost sveta, druge niso ustrezale resničnosti.

M-teorija

Na konferenci leta 1995 je fizik Edward Witten predlagal drzno rešitev problema petih hipotez. Na podlagi novo odkrite dvojnosti so vsi postali posebni primeri enotnega celovitega koncepta, imenovanega Witten M-teorija superstrings. Eden od njegovih ključnih konceptov so bili odrezki (kratica iz membrane), osnovni predmeti, ki imajo več kot eno dimenzijo. Čeprav avtor ni ponujal polne verzije, ki še ni na voljo, M-teorija superstrings na kratko vsebuje naslednje lastnosti:

• 11-dimenzionalnost (10 prostorskih in 1 časovnih dimenzij);
• dvojnost, ki vodi do pet teorij, ki pojasnjujejo isto fizično resničnost;
• odrezki so nizi z več kot eno dimenzijo.

Posledice

Kot rezultat, namesto enega je bilo 10⁵⁰⁰ rešitve. Za nekatere fizike je to vzrok krize, medtem ko so drugi sprejeli antropično načelo, ki pojasni lastnosti vesolja z našo prisotnostjo v njej. Še vedno je pričakovati, ko bodo teoretiki našli drug način usmerjanja v teorijo superstrings.

Nekatere interpretacije pravijo, da naš svet ni edini. Najbolj radikalne različice dopuščajo obstoj neskončnega števila vesolja, od katerih nekatere vsebujejo natančne kopije naše.

Teorija Einsteina napoveduje obstoj prepognjenega prostora, ki se imenuje črvina ali most Einstein-Rosen. V tem primeru sta dva oddaljena območja povezana s kratkim prehodom. Teorija superstrings omogoča ne samo to, ampak tudi povezavo oddaljenih točk vzporednih svetov. Možen je tudi prehod med vesolja z različnimi fizičnimi zakoni. Vendar pa je verjetno, da bo kvantna teorija gravitacije onemogočala njihov obstoj.

Mnogi fiziki menijo, da je holografski princip, ko so vse informacije v prostor prostornine, ustreza informacije, zapisane na površini, bo omogočilo globlje razumevanje pojma moči pramenov.

Nekateri verjamejo, da teorija superstrings omogoča množico časovnih meritev, katerih posledica je potovanje skozi njih.

Poleg tega je v okviru hipoteze je alternativa modelu Big Bang, v skladu s katerim naše vesolje je posledica trka med dvema branes in gre skozi ponavljajoče se cikle stvarjenja in uničenja.

Končna usoda vesolja je vedno zasedla fizike, končna različica teorije nizov pa bo pomagala določiti gostoto snovi in ​​kozmološko konstanto. Poznavanje teh pomenov, bodo kozmologi lahko ugotovili, ali se bo vesolje zmanjšalo, dokler ne eksplodira, tako da se vse začne znova.

Nihče ne ve, kaj lahko pripelje do tega znanstvena teorija, Dokler se ne razvije in preizkusi. Einstein, pisanje enačbe E = mc², ni pričakovalo, da bi to povzročilo nastanek jedrskega orožja. Ustvarjalci kvantne fizike niso vedeli, da bi postala osnova za ustvarjanje laserskega in tranzistorja. Čeprav še ni znano, kaj bo ta čisto teoretični koncept pripeljal, zgodovina kaže, da bo zagotovo nekaj neizmernega.

Več podrobnosti o tej hipotezi najdete v knjigi Andrew Zimmermann`s Theory of Superstrings for Dummies.