Co je teorie strun a jak je definována?

Evelyn Maitee Marin
Průmyslový inženýr, MSc ve fyzice a EdD

Teorie strun je fyzikální přístup, který se snaží sladit teorii obecné relativity a teorii relativity kvantové mechaniky do jediného modelu, který obsahuje a popisuje všechny základní síly Příroda. V této teorii nejsou elementární částice bodovými částicemi, jak naznačuje standardní model fyziky, ale spíše představují "struny" nebo "vlákna" nekonečně malých rozměrů, které vibrují v vesmírný čas.

Název teorie je založen na předpokladu, že základní částice jsou jednorozměrné objekty, které jsou připomínají struny, které kmitají na různých frekvencích, což určuje hmotnost a typ částice, která zastupovat.

Tato teorie vznikla kolem pozdních šedesátých let a byla vyvinuta několika fyziky, včetně Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonarda Susskinda, Johna H. Schwarz a Michael Green, mimo jiné. Nicméně, hlavní publikace začaly generovat Jöel Scherk a John Henry Schwarz kolem roku 1974. Výše zmínění vědci hledali způsob, jak sladit teorii obecné relativity a kvantovou mechaniku a dospěl k myšlence, že elementární částice jsou ve skutečnosti spíše struny vibrující v časoprostoru než částice přesný. V následujících desetiletích byla teorie strun předmětem mnoha kontroverzí a debat ve vědecké komunitě.

Základem teorie strun je myšlenka, že veškerá hmota a základní síly ve vesmíru jsou výsledkem vibrací těchto strun.

Charakteristika

Některé z charakteristik a premis teorie strun zahrnují:

• Elementární částice jsou ve skutečnosti jednorozměrné struny, které vibrují v časoprostoru.

• Charakteristiky těchto strun (jako je jejich délka a napětí) určují vlastnosti částic, které vytvářejí.

• Různé způsoby oscilace těchto strun by mohly vysvětlit existenci všech známých elementárních částic, včetně bosonů a fermionů.

• Zahrnuje více mimoprostorových dimenzí, kromě čtyř dimenzí, které zažíváme v naší každodenní realitě.

Tato teorie, nebo nazývaná některými vědci, hypotéza, je založena na matematických modelech, které jsou extrémně složité a jsou odvozeny z kvantové mechaniky, obecné teorie relativity, diferenciální geometrie a topologie.

Je důležité poznamenat, že tyto pojmy spojené s teorií jsou i nadále předmětem výzkumu, a proto je možné, že použité matematické modely a rovnice se upravují s novými objevy a novými objevy výzkum.

Teorie strun neposkytuje úplné vysvětlení původu vesmíru, protože se zaměřuje spíše na fundamentální povahu reality a elementární částice. Je však do jisté míry kompatibilní s teorií velkého třesku, při vysvětlování jevů jako je kosmická inflace, která je období zrychlené expanze, ke kterému došlo v raných okamžicích vesmíru, a vytváření rozsáhlých struktur měřítko.

Výzvy a kritika

Teorie strun byla v průběhu let předmětem mnoha kritiků a kritiků a některé z argumentů se týkají následujících aspektů:

• Nedostatek empirických důkazů: navzdory desetiletím výzkumu nemá teorie strun stále dostatek empirických důkazů, které by potvrdily její pravdivost.

• matematická složitost: Tato teorie je z matematického hlediska extrémně složitá, což ztěžuje pochopení pro většinu lidí.

• nesouměřitelnost: je nesouměřitelná se standardní fyzikou, což znamená, že nelze provádět experimenty, které by porovnávaly a utvářely vztahy mezi těmito dvěma teoriemi.

• multivesmíry: jeho základ implikuje existenci více vesmírů a pro některé lidi je obtížné tuto myšlenku přijmout.

• Obtížnost vytváření předpovědí: Vzhledem ke své složitosti je obtížné použít teorii strun pro přesné předpovědi pozorovatelných fyzikálních jevů.

To jsou jen některé z výtek a nedostatků, které byly namířeny proti teorii strun. Navzdory těmto výzvám výzkum v této oblasti pokračuje a mnoho vědců se domnívá, že by mohl být klíčem ke sjednocení fyziky.

Oblasti použití

Teorie strun se používá v oborech, jako je fyzika vysokých energií, kosmologie a teoretická fyzika. Má také důsledky pro částicovou fyziku a kvantovou gravitaci. Kromě toho byl použit ke studiu fyziky černých děr a jejich entropie.

Na jedné straně může teorie strun vyřešit některé z nejzákladnějších otázek fyziky, jako je sladění mezi teorií obecné relativity a kvantovou mechanikou. Jeho filozofie podporuje existenci více dimenzí a paralelních vesmírů, což se stalo jednou z nejaktivnějších oblastí výzkumu teoretické kosmologie.

Na druhou stranu, hypotéza, na které je tento model založen, také vedla k velkému počtu pokroků ve fyzice více mimo kosmologii, jako je mimo jiné teorie kondenzované hmoty a kvantové informace pole.

Kosmologie je jednou z oblastí, kde má teorie strun v posledních desetiletích významnou účast.