It-teorija tas-superstrings hija lingwa popolari għall-manikini

It-teorija tas-superstrings, fil-lingwa popolari, tirrapreżenta l-univers bħala ġabra ta 'linji li jivvibraw ta' strings ta 'enerġija. Dawn huma l-bażi tan-natura. L-ipoteżi tiddeskrivi elementi oħra - branes. Is-sustanzi kollha fid-dinja tagħna jikkonsistu f'vibrazzjonijiet ta 'kordi u xfar. Il-konsegwenza naturali tat-teorija hija d-deskrizzjoni tal-gravità. Huwa għalhekk li x-xjentisti jemmnu li fih il-muftieħ għall-unifikazzjoni tal-gravità ma 'interazzjonijiet oħra.

Il-kunċett qed jiżviluppa

It-teorija ta 'qasam unifikat, it-teorija ta' superstrings, hija purament matematika. Bħal kull kunċett fiżiku, huwa bbażat fuq ekwazzjonijiet li jistgħu jiġu interpretati b'ċertu mod.

Illum, ħadd ma jaf eżattament x'se tkun il-verżjoni finali ta 'din it-teorija. Ix-xjentisti għandhom idea pjuttost vaga ta 'l-elementi komuni tagħha, iżda ħadd ma għadu ma ħejjax ekwazzjoni finali li tkopri t-teoriji kollha tas-superstrings, iżda għadu ma ġiex ikkonfermat b'mod sperimentali (għalkemm rifjutat ukoll). Il-fiżiċi ħolqu verżjonijiet simplifikati tal-ekwazzjoni, iżda s'issa ma tiddeskrivix kompletament l-univers tagħna.

It-teorija ta 'superstrings għall jibdew

Ħames ipoteżi huma bbażati fuq l-ipoteżi.

1. It-teorija tas-superstrings tbassar li l-oġġetti kollha tad-dinja tagħna jikkonsistu f'fibri vibranti u membrani ta 'l-enerġija.
2. Hija tipprova tgħaqqad it -teorija ġenerali tar-relatività (gravità) mal-fiżika tal-kwantum.
3. It-teorija tas-superstrings se tgħaqqad il-forzi fundamentali kollha ta 'l-univers.
4. Din l-ipoteżi tbassar konnessjoni ġdida, supersimetrija, bejn żewġ tipi fundamentalment differenti ta 'partiċelli, bosons u fermions.
5. Il-kunċett jiddeskrivi numru ta 'kejl addizzjonali, normalment mhux osservabbli tal-univers.

Strings u Branes

Meta t-teorija oriġinat fis-sebgħinijiet, il-ħjut ta 'l-enerġija fihom kienu kkunsidrati bħala oġġetti ta' dimensjoni waħda - kordi. Il-kelma "one-dimensional" tgħid li spaga għandha biss dimensjoni 1, tul, b'kuntrast ma ', per eżempju, kwadru li għandu tul u għoli.

Din it-teorija ta 'superstring hija maqsuma f'żewġ tipi - magħluqa u miftuħa. Sekwenza miftuħa għandha truf li ma jmissux lil xulxin, filwaqt li string magħluq huwa linja mingħajr truf miftuħ. Bħala riżultat, instab li dawn il-kordi, imsejħa kordi tal-ewwel tip, huma soġġetti għal 5 tipi bażiċi ta 'interazzjonijiet.

L-interazzjonijiet huma bbażati fuq il-kapaċità tas-sekwenza li tikkonnettja u tissepara t-truf tagħha. Peress li t-truf tal-kordi miftuħa jistgħu jingħaqdu biex jiffurmaw kordi magħluqa, wieħed ma jistax jibni teorija ta 'superstrings li ma tinkludix strings looped.

Dan irriżulta li kien importanti, peress li kordi magħluqa għandhom proprjetajiet, kif jemmnu l-fiżiċi, li jistgħu jiddeskrivu l-gravità. Fi kliem ieħor, ix-xjentisti rrealizzaw li t-teorija tas-superstrings, minflok tispjega partikoli ta 'materja, tista' tiddeskrivi l-imġieba u l-gravità tagħhom.

Ħafna snin wara ġie skopert li, minbarra l-kordi, it-teorija kellha bżonn elementi oħra. Jistgħu jiġu kkunsidrati bħala folji, jew nuċipali. Il-kordi jistgħu jitwaħħlu ma 'naħa waħda jew iż-żewġ naħat.

Gravità kwantitattiva

Il-fiżika moderna għandha żewġ liġijiet xjentifiċi bażiċi: it-teorija ġenerali tar-Relatività (GTR) u t-teorija tal-kwantum. Huma jirrappreżentaw oqsma kompletament differenti tax-xjenza. Il-fiżika kwantistika tistudja l-iżgħar partiċelli naturali, u GTR, bħala regola, tiddeskrivi n-natura fl-iskali tal-pjaneti, galaxies u l-univers kollu kemm hu. L-ipoteżijiet li jippruvaw jgħaqqduhom jissejħu teoriji tal-gravità tal-kwantum. L-iktar promettenti minnhom illum hija s-sekwenza waħda.

Il-linji magħluqa jikkorrispondu għall-imġieba tal-gravità. B'mod partikolari, għandhom il-proprjetajiet ta 'graviton, gravità tat-trasport tal-partiċelli bejn l-oġġetti.

Unifikazzjoni tal-forzi

It-teorija tas-sekwenza tipprova tgħaqqad erba 'forzi - interazzjonijiet nukleari elettromanjetiċi, b'saħħithom u dgħajfin, u l-gravità - f'waħda. Fid-dinja tagħna, huma jimmanifestaw ruħhom bħala erba 'fenomeni differenti, iżda t-teoristi ta' sekwenza jemmnu li fl-univers bikri, meta kien hemm livelli għoljin ta 'enerġija oerhört, dawn il-forzi kollha huma deskritti b'kordi li jinteraġixxu ma' xulxin.

Supersimetrija

Il-partiċelli kollha fl-univers jistgħu jinqasmu f'żewġ tipi: bosons u fermions. It-teorija tas-sekwenza tbassar li hemm konnessjoni bejniethom, imsejħa supersimetrija. Għas-supersimetrija, għal kull boson għandu jkun hemm fermjon u għal kull fermjon boson. Sfortunatament, l-eżistenza ta 'dawn il-partiċelli ma ġietx konfermata b'mod sperimentali.

Supersimetrija hija relazzjoni matematika bejn elementi ta 'ekwazzjonijiet fiżiċi. Ġie skopert f'qasam ieħor tal-fiżika, u l-applikazzjoni tagħha wasslet biex tissostitwixxi mill-ġdid it-teorija ta 'kordi supersimmetriċi (jew teorija ta' superstring, lingwa popolari) f'nofs is-sebgħinijiet.

Wieħed mill-vantaġġi tas-supersimetrija huwa li jissimplifika bil-kbir l-ekwazzjonijiet, li jippermettulek teskludi xi varjabbli. Mingħajr is-supersimetrija, l-ekwazzjonijiet iwasslu għal kontradizzjonijiet fiżiċi, bħal valuri infiniti u livelli ta 'enerġija immaġinarja .

Peress li x-xjentisti ma osservawx il-partiċelli mbassra mis-supersimetrija, għadu ipoteżi. Ħafna fiżiċisti jemmnu li r-raġuni għal dan hija l-ħtieġa għal ammont sinifikanti ta 'enerġija, li hija relatata mal-massa tal-ekwazzjoni Einstein magħrufa E = mc ² . Dawn il-partiċelli setgħu jeżistu fl-univers bikri, iżda meta tkessaħ, u wara l-Big Bang it-tixrid tal-enerġija, dawn il-partiċelli għaddew għal livelli ta 'enerġija baxxa.

Fi kliem ieħor, il-kordi li jivvibraw bħala partiċelli ta 'enerġija għolja tilfu l-enerġija, li wasslithom f'elementi b'infibrazzjoni aktar baxxa.

Ix-xjentisti jisperaw li l -osservazzjonijiet astronomiċi jew l-esperimenti b'aċċelleraturi tal-partiċelli jikkonfermaw it-teorija, u juru xi wħud mill-elementi supersimetriċi b'enerġija ogħla.

Kejl addizzjonali

Konsegwenza matematika oħra tat-teorija tal-kordi hija li jagħmel sens f'xi dinja li n-numru ta 'dimensjonijiet tagħha huwa akbar minn tlieta. Bħalissa, hemm żewġ spjegazzjonijiet għal dan:

1. Qisien addizzjonali (sitta minnhom) mgħawweġ, jew, fit-terminoloġija tat-teorija tal-kordi, kumpattat għal daqs oerhört żgħir, li qatt ma se jiġi pperċepit.
2. Aħna mwaħħla f'fergħa 3-dimensjonali, u dimensjonijiet oħra jestendu lil hinn minnha u mhumiex aċċessibbli għalina.

Direzzjoni importanti ta 'riċerka fost il-teoristi hija l-immudellar matematiku ta' kif dawn il-koordinati addizzjonali jistgħu jkunu relatati ma 'tagħna. Ir-riżultati riċenti jbassru li x-xjentisti dalwaqt se jkunu kapaċi jsibu dawn id-dimensjonijiet addizzjonali (jekk jeżistu) f'esperimenti li ġejjin, peress li jistgħu jkunu akbar milli mistenni qabel.

Nifhmu l-Objettiv

L-għan li x-xjentisti jfittxu li jinvestigaw is-superstring huwa t- "teorija ta 'kollox", jiġifieri ipoteżi fiżika unifikata li, f'livell fundamentali, tiddeskrivi r-realtà fiżika kollha. Jekk jirnexxi, hi tista 'tiċċara bosta mistoqsijiet dwar l-istruttura ta' l-univers tagħna.

Spjegazzjoni tal-materja u l-massa

Waħda mill-kompiti ewlenin ta 'riċerka moderna hija t-tfittxija għal soluzzjonijiet għal partiċelli reali.

It-teorija tal-String bdiet bħala kunċett li jiddeskrivi partiċelli bħal hadrons, minn diversi stati vibratorji ogħla tas-sekwenza. Fil-biċċa l-kbira tal-formulazzjonijiet moderni, il-kwistjoni osservata fl-univers tagħna hija r-riżultat ta 'vibrazzjonijiet ta' kordi u branes bl-inqas enerġija. Il-vibrazzjonijiet b'enerġija ogħla jiġġeneraw partiċelli ta 'enerġija għolja, li bħalissa ma jeżistux fid-dinja tagħna.

Il-massa ta 'dawn il -partiċelli elementari hija manifestazzjoni ta' kif il-kordi u l-friegħi huma mgeżwra f'dimensjonijiet addizzjonali kompattati. Per eżempju, fil-każ simplifikat, meta jkunu rroljati f'forma ta 'doughnut, imsejħa matematiċi u fiżiċi, is-sekwenza tista' timla din il-forma b'żewġ modi:

• Biċċa qasira fin-nofs tat-torus;
• Ċirku twil madwar iċ-ċirkonferenza ta 'barra tat-torus kollu.

Biċċa qasira hija partiċella faċli, u waħda kbira hija tqila. Meta t-tgeżwir ta 'kordi madwar qisien kumpivati f'forma ta' torus, elementi ġodda b'massa differenti huma ffurmati.

It-teorija tas-superstrings hija qasira u tinftiehem, sempliċement u elegantly tispjega t-tranżizzjoni tat-tul għall-massa. Il-kejl mġarraf huwa ħafna aktar ikkumplikat minn torus, iżda fil-prinċipju jaħdem ukoll.

Forsi anke jekk huwa diffiċli li wieħed jimmaġina li sekwenza timsa torus f'żewġ direzzjonijiet fl-istess ħin, ir-riżultat ikun parti oħra b'massa differenti. Branes jista 'wkoll jdawwal dimensjonijiet addizzjonali, u joħloq aktar possibilitajiet.

Definizzjoni ta 'spazju u ħin

F'ħafna verżjonijiet, it-teorija tal-qies ta 'l-istress tal-kejl tispikkahom, u tagħmilhom mhux osservabbli fil-livell modern ta' żvilupp teknoloġiku.

Fil-preżent m'huwiex ċar jekk it-teorija tan-nisġa tistax tispjega n-natura fundamentali ta 'l-ispazju u l-ħin iktar minn Einstein. Fil-kejl tagħha hemm l-isfond għall-interazzjoni tal-kordi u m'għandhom l-ebda tifsira reali.

Ġew offruti spjegazzjonijiet li ma tlestewx kompletament, dwar ir-rappreżentazzjoni ta 'spazju-time bħala derivattiv tas-somma totali ta' l-interazzjonijiet kollha ta 'spag.

Dan l-approċċ ma jikkorrispondix ma 'l-ideat ta' xi fiżiċi, li wasslu għall-kritika ta 'l-ipoteżi. It-teorija kompetittiva tal-gravità quantum loop bħala punt tat-tluq tuża l-kwantifikazzjoni tal-ispazju u l-ħin. Xi wħud jemmnu li fl-aħħar se jkun biss approċċ ieħor għall-istess ipoteżi bażika.

Kwantifikazzjoni tal-gravità

Il-kisba ewlenija ta 'din l-ipoteżi, jekk tiġi kkonfermata, tkun it-teorija tal-gravità tal-kwantum. Id-deskrizzjoni attwali tal-gravità fir-relatività ġenerali ma taqbilx mal-fiżika tal-kwantum. L-aħħar, li jimponi restrizzjonijiet fuq l-imġiba ta 'partikuli żgħar, meta jipprova jesplora l-univers fuq skala żgħira ħafna, iwassal għal kontradizzjonijiet.

Unifikazzjoni tal-forzi

Bħalissa, erba 'forzi fundamentali huma magħrufa mill-fiżiċi: gravità, interazzjoni elettromanjetika, dgħajfa u b'saħħitha. Mit-teorija tal-kordi jirriżulta li darba kienu l-manifestazzjonijiet kollha ta 'wieħed.

Skont din l-ipoteżi, peress li l-univers bikri mkessaħ wara l-big bang, din l-interazzjoni waħda bdiet tiddiżintegra ruħha f'ħafna, li taġixxi llum.

L-esperimenti b'enerġiji għoljin se jħallu magħna jiskopru l-unifikazzjoni ta 'dawn il-forzi għalkemm dawn l-esperimenti jmorru lil hinn mill-iżvilupp attwali tat-teknoloġija.

Ħames għażliet

Wara r-rivoluzzjoni ta 'l-1984, l-iżviluppi twettqu b'veloċità ta' deni. Bħala riżultat, minflok kunċett wieħed, inkisbu ħames, imsejħa tip I, IIA, IIB, HO, HE, li kull wieħed minnhom kompletament iddeskrivew id-dinja tagħna, iżda mhux kompletament.

Fiżiċi, reviżjoni tal-verżjonijiet tat-teorija tal-kordi bit-tama li tinstab formula vera universali, ħolqu 5 verżjonijiet awtosuffiċjenti differenti. Uħud mill-proprjetajiet tagħhom kienu jirriflettu r-realtà fiżika tad-dinja, oħrajn ma kinux jikkorrispondu għar-realtà.

Teorija M

Waqt konferenza fl-1995, il-fiżiku Edward Witten ippropona soluzzjoni kuraġġuża għall-problema ta 'ħames ipoteżi. Ibbażat fuq id-duwalità reċentement skoperta, dawn kollha saru każijiet speċjali ta 'kunċett wieħed komprensiv imsejjaħ it-teorija Witten M ta' superstrings. Wieħed mill-kunċetti ewlenin tiegħu kien il-branes (abbrevjazzjoni mill-membrana), oġġetti fundamentali li għandhom aktar minn dimensjoni waħda. Għalkemm l-awtur ma offrax il-verżjoni sħiħa, li għadha mhix disponibbli, it-teorija M ta 'superstrings tikkonsisti fil-qosor tal-karatteristiċi li ġejjin:

• 11-dimensionality (10 spazjali plus 1 dimensjoni tal-ħin);
• Id-duwalità, li twassal għal ħames teoriji li jispjegaw l-istess realtà fiżika;
• Branes huma kordi, b'aktar minn dimensjoni waħda.

Konsegwenzi

Bħala riżultat, minflok wieħed, kien hemm ^10,500 deċiżjoni. Għal xi fiżiċi, dan kien il-kawża tal-kriżi, filwaqt li oħrajn aċċettaw il-prinċipju antropiku li jispjega l-proprjetajiet tal-univers bil-preżenza fiha. Jibqa 'jkun mistenni, meta l-teoristi jsibu mezz ieħor ta' orjentament fit-teorija tas-superstrings.

Xi interpretazzjonijiet jgħidu li d-dinja tagħna mhix l-unika waħda. Il-verżjonijiet l-aktar radikali jippermettu l-eżistenza ta 'numru infinit ta' universi, li wħud minnhom fihom kopji eżatti ta 'tagħna.

It-teorija ta 'Einstein tbassar l-eżistenza ta' spazju mitwija, li jissejjaħ wormhole jew il-pont ta 'Einstein-Rosen. F'dan il-każ, iż-żewġ żoni remoti huma konnessi minn passaġġ qasir. It-teorija tas-superstrings tippermetti mhux biss dan, iżda wkoll il-konnessjoni ta 'punti' l bogħod ta 'dinjiet paralleli. Anke transizzjoni bejn universi ma 'liġijiet differenti tal-fiżika hija possibbli. Madankollu, huwa possibbli li t-teorija tal-kwantità tal-gravità tagħmel l-eżistenza tagħhom impossibbli.

Ħafna fiżiċisti jemmnu li l-prinċipju olografiku, meta t-tagħrif kollu li jinsab fil-volum tal-ispazju jikkorrispondi għall-informazzjoni rreġistrata fuq is-superfiċje tiegħu, jippermetti għarfien aktar profond tal-kunċett tal-ħjut tal-enerġija.

Xi wħud jemmnu li t-teorija tas-superstrings tippermetti multipliċità ta 'kejl ta' ħin, li l-konsegwenza tagħhom tista 'tkun vjaġġ permezz tagħhom.

Barra minn hekk, fl-ipoteżi hemm alternattiva għall-mudell big bang, skond liema l-univers tagħna deher bħala riżultat ta 'ħabta ta' żewġ branes u jgħaddi minn ċikli ripetuti ta 'ħolqien u qerda.

Id-destin aħħari tal-univers dejjem kien okkupat minn fiżiċi, u l-verżjoni finali tat-teorija tal-kordi se tgħin tiddetermina d-densità tal-materja u l-kostanti kożmoloġika. Jafu dawn it-tifsiriet, il-kożmologi jkunu jistgħu jistabbilixxu jekk l-univers se jonqos sakemm jisplodi sabiex dak kollu jerġa 'jibda.

Ħadd ma jaf x'tista 'twassal it-teorija xjentifika sakemm tiġi żviluppata u ttestjata. Einstein, bil-miktub l-ekwazzjoni E = mc2, ma stennix li se jwassal għall-ħolqien ta 'armi nukleari. Il-ħallieqa tal-fiżika tal-kwantum ma kinux jafu li se ssir il-bażi għall-ħolqien ta 'laser u transistor. U għalkemm għadu mhux magħruf x'se jwassal dan il-kunċett purament teoretiku, l-istorja turi li ċertament se jkun hemm xi ħaġa pendenti.

Aktar dettalji dwar din l-ipoteżi jistgħu jinstabu fil-ktieb ta 'Andrew Zimmermann Teorija ta' Superstrings for Dummies.