I dag tar det vitenskapelige bildet av verden form på en slik måte at universet vårt styres av to sett med lover - generell relativitet, som forklarer det fantastiske tyngdekraften, og kvantemekanikk, som beskriver de tre andre interaksjonene i universet (sterk kjernefysisk, svak kjernefysisk og elektromagnetisme). Du kan ta disse lovene og bruke dem på ting i stor skala - planeter, galakser og deretter på de minste skalaene - protoner og nøytroner. Men hvorfor laget naturen to separate sett med lover for universet?
Superstring teori er et forsøk på å svare på to spørsmål: Er det en måte å kombinere generell relativitet og kvantemekanikk for å skape en "teori om alt"? Hva består det av?
Superstring teori
Vi trodde at livets byggesteiner var atomer, de minste bestanddelene i saken. Men så slo vi atomene og fant elementære partikler, så små at vi ikke en gang kan se dem uten å endre på en bestemt måte. For å se noe, trenger vi lyset først for å sprette av gjenstanden og treffe øynene våre og utgjør bildet. Lys består av elektromagnetiske bølger som fritt går gjennom elementære partikler. Vi kan gjøre disse bølgene tettere, tilføre energi til dem slik at de treffer partiklene og vi kan se dem, men så snart noe treffer partikkelen, endres det, så vi kan ikke se det i sin opprinnelige tilstand. Vi aner ikke hvordan elementære partikler ser ut. Som mørk energi, mørk materie, kan vi ikke observere disse fenomenene direkte, men vi har grunn til å troat de eksisterer.
Vi ser på disse partiklene som punkter i rommet, selv om de i virkeligheten ikke er det. For alle dens mangler gir denne metoden - kvantemekanikk-ideen om at krefter bæres av partikler - oss en ganske god ide om universet og fører til gjennombrudd som kvanteoppløsningsmidler og magnetisk levitasjonstog. Generell relativitet i seg selv har også stått en god test av tid, og forklart nøytronstjerner og Merkurius orbital anomalier, forutsi sorte hull og buet lys. Men likningene av generell relativitet slutter dessverre å jobbe i sentrum av det sorte hullet og på tampen av Big Bang. Problemet er at det er umulig å bringe dem sammen, fordi tyngdekraften er assosiert med geometrien mellom rom og tid, når avstandene måles nøyaktig, men i kvanteverdenen er det ingen måte å måle noe.
Da forskere prøvde å oppfinne en ny partikkel som skulle gifte seg med tyngdekraften med kvantemekanikk, mislyktes matematikken rett og slett.
På en måte måtte jeg tilbake til tavlen. Derfor har forskere antydet at de minste komponentene i universet ikke er prikker, men strenger. Ulike vibrasjoner av strengene skaper forskjellige elementære partikler som kvarker. De vibrerende strengene kan utgjøre all materie og alle de fire kreftene i universet - inkludert tyngdekraften.
Salgsfremmende video:
Høyere dimensjoner
Superstring teori har et problem. Det vil ikke fungere hvis vi antar at det bare er tre romlige dimensjoner og en tidsdimensjon som vi lever i. Stringteori krever at du spiller minst ti dimensjoner.
Da GR først ble unnfanget, forvrengte tyngdekraften rom og tid til å beskrive denne styrken. Derfor, hvis noen ønsket å beskrive en annen styrke, for eksempel elektromagnetisme, ville han trenge å legge til en ny dimensjon. Forskere skrev ligninger som beskrev universets kurver og mangler med en ekstra dimensjon, og oppnådde den opprinnelige ligningen for elektromagnetisme. En fantastisk oppdagelse.
De ekstra dimensjonene med strengteori kan hjelpe oss med å forklare hvorfor tallene i universet vårt er så kalibrert at de lar alt eksistere. Hvorfor er for eksempel lysets hastighet 299,792,458 meter per sekund? De prøver også å svare på spørsmålet om tyngdekraften - hvorfor er denne styrken så svak? Det er den svakeste av de fire grunnleggende interaksjonene: 1040 ganger svakere enn den elektromagnetiske kraften. Det vil være nok å bare bøye seg og løfte boken fra gulvet for å motstå den. I teorien skyldes dette at tyngdekraften siver inn i høyere dimensjoner. Tyngdekraften består av lukkede slingetråder som lar den forlate dimensjonen vår, i motsetning til åpne tråder, som er bedre jordet.
Hvorfor kan vi ikke se alle disse dimensjonene?
Fordi de eksisterer på et så lite nivå at de er usynlige for oss og trosser deteksjon. De er kompakte, utstyrt på en slik måte at de gjengir fysikken i vår verden, og foldes inn i interessante Calabi-Yau-former. Ulike former for Calabi Yau gir mulighet for forskjellige strengvibrasjoner og veldig forskjellige universer.
Vi kan til og med teste påståtte flere universer. Siden vi antar at tyngdekraften siver inn i høyere dimensjoner, bør det være mindre tid etter kollisjonen av to partikler enn før kollisjonen. Men selv under de mest gunstige forholdene ville det være utrolig vanskelig, unnvikende å teste noe slikt.
Strengteoriberegninger gjøres i simulerte universer med 10 eller 11 dimensjoner der matematikk fungerer. Forskere prøver deretter å slette de ekstra dimensjonene, men så langt har ingen lyktes i å beskrive universet vårt eller utvikle et eksperiment for å bevise en teori. Dette betyr imidlertid ikke at vi ikke har noen applikasjoner for strengteori.
Et matematisk verktøy som blir utviklet som en del av forskning om strengteori hjelper oss å forstå deler av universet vårt. Vi kan bruke den til å bedre forklare informasjonsparadokset, kvantetyngdekraften og noen problemer i ren matematikk. Noen forskere bruker teorien for sine beregninger i partikkelfysikk eller når de observerer eksotiske tilstander av materie.
Strengteori er kanskje ikke en teori om alt, men det er i det minste en teori om noe.
Ilya Khel
