Τι είναι η Θεωρία Χορδών και πώς ορίζεται;

Έβελιν Μέιτ Μάριν
Βιομηχανικός Μηχανικός, MSc στη Φυσική, και EdD

Η Θεωρία Χορδών είναι μια φυσική προσέγγιση που προσπαθεί να συμβιβάσει τη θεωρία της γενικής σχετικότητας και την η κβαντική μηχανική σε ένα ενιαίο μοντέλο που περιέχει και περιγράφει όλες τις θεμελιώδεις δυνάμεις του φύση. Σε αυτή τη θεωρία, τα στοιχειώδη σωματίδια δεν είναι σημειακά σωματίδια, όπως υποδεικνύεται από το τυπικό μοντέλο του φυσική, αλλά αντιπροσωπεύουν "χορδές" ή "νημάτια" απειροελάχιστης διάστασης που δονούνται στο χωροχρόνος.

Το όνομα της θεωρίας βασίζεται στην υπόθεση ότι τα θεμελιώδη σωματίδια είναι μονοδιάστατα αντικείμενα που είναι μοιάζουν με χορδές, που ταλαντώνονται σε διαφορετικές συχνότητες, γεγονός που καθορίζει τη μάζα και τον τύπο του σωματιδίου που εκπροσωπώ.

Αυτή η θεωρία ξεκίνησε γύρω στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και αναπτύχθηκε από αρκετούς φυσικούς, συμπεριλαμβανομένων των Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonard Susskind, John H. Schwarz και Michael Green, μεταξύ άλλων. Ωστόσο, οι κύριες δημοσιεύσεις άρχισαν να δημιουργούνται από τους Jöel Scherk και John Henry Schwarz γύρω στο 1974. Οι προαναφερθέντες επιστήμονες έψαχναν έναν τρόπο να συμβιβάσουν τη θεωρία της γενικής σχετικότητας με την κβαντική μηχανική και κατέληξε στην ιδέα ότι τα στοιχειώδη σωματίδια ήταν στην πραγματικότητα χορδές που δονούνται στο χωροχρόνο παρά σωματίδια ακριβής. Τις επόμενες δεκαετίες, η θεωρία χορδών αποτέλεσε αντικείμενο πολλών διαφωνιών και συζητήσεων στην επιστημονική κοινότητα.

Η βάση της θεωρίας χορδών είναι η ιδέα ότι όλη η ύλη και οι θεμελιώδεις δυνάμεις στο σύμπαν είναι το αποτέλεσμα της δόνησης αυτών των χορδών.

Χαρακτηριστικά

Μερικά από τα χαρακτηριστικά και τις προϋποθέσεις της θεωρίας χορδών περιλαμβάνουν:

• Τα στοιχειώδη σωματίδια είναι στην πραγματικότητα μονοδιάστατες χορδές που δονούνται στο χωροχρόνο.

• Τα χαρακτηριστικά αυτών των χορδών (όπως το μήκος και η τάση τους) καθορίζουν τις ιδιότητες των σωματιδίων που δημιουργούν.

• Οι διαφορετικοί τρόποι ταλάντωσης αυτών των χορδών θα μπορούσαν να εξηγήσουν την ύπαρξη όλων των γνωστών στοιχειωδών σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων των μποζονίων και των φερμιονίων.

• Περιλαμβάνει πολλαπλές εξωχωρικές διαστάσεις, επιπλέον των τεσσάρων διαστάσεων που βιώνουμε στην καθημερινή μας πραγματικότητα.

Αυτή η θεωρία, ή αποκαλούμενη από ορισμένους επιστήμονες, υπόθεση, βασίζεται σε μαθηματικά μοντέλα που εξαιρετικά πολύπλοκα και προέρχονται από την κβαντομηχανική, τη γενική σχετικότητα, τη διαφορική γεωμετρία και την τοπολογία.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτές οι έννοιες που συνδέονται με τη θεωρία συνεχίζουν να αποτελούν αντικείμενο έρευνας και, ως εκ τούτου, είναι πιθανό ότι τα μαθηματικά μοντέλα και οι εξισώσεις που χρησιμοποιούνται τροποποιούνται καθώς γίνονται νέες ανακαλύψεις και γίνονται νέες έρευνα.

Η θεωρία χορδών δεν παρέχει μια πλήρη εξήγηση για την προέλευση του σύμπαντος, καθώς εστιάζει περισσότερο στη θεμελιώδη φύση της πραγματικότητας και στα στοιχειώδη σωματίδια. Ωστόσο, είναι συμβατό σε κάποιο βαθμό με τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, στην εξήγηση φαινομένων όπως ο κοσμικός πληθωρισμός, που είναι μια περίοδος επιταχυνόμενης διαστολής που συνέβη στις πρώτες στιγμές του σύμπαντος και του σχηματισμού δομών μεγάλης κλίμακας κλίμακα.

Προκλήσεις και κριτική

Η θεωρία χορδών έχει αποτελέσει αντικείμενο πολλών κριτικών και επικριτών όλα αυτά τα χρόνια, και μερικά από τα επιχειρήματα σχετίζονται με τις ακόλουθες πτυχές:

• Έλλειψη εμπειρικών στοιχείων: παρά τις δεκαετίες έρευνας, η θεωρία χορδών εξακολουθεί να μην έχει αρκετά εμπειρικά στοιχεία για να επιβεβαιώσει την αληθότητά της.

• μαθηματική πολυπλοκότητα: Αυτή η θεωρία είναι εξαιρετικά περίπλοκη από μαθηματική άποψη, γεγονός που καθιστά δύσκολη την κατανόηση για τους περισσότερους ανθρώπους.

• ασυμμετρία: είναι ασύγκριτο με την τυπική φυσική, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν πειράματα για σύγκριση και δημιουργία σχέσεων μεταξύ των δύο θεωριών.

• πολυσύμπαν: η ίδρυσή του συνεπάγεται την ύπαρξη πολλαπλών συμπάντων και είναι δύσκολο για κάποιους ανθρώπους να αποδεχτούν αυτή την ιδέα.

• Δυσκολία να κάνει προβλέψεις: Λόγω της πολυπλοκότητάς της, η θεωρία χορδών είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθεί για να γίνουν ακριβείς προβλέψεις σχετικά με παρατηρήσιμα φυσικά φαινόμενα.

Αυτές είναι μόνο μερικές από τις επικρίσεις και τα μειονεκτήματα που έχουν διατυπωθεί κατά της θεωρίας χορδών. Παρά αυτές τις προκλήσεις, η έρευνα σε αυτόν τον τομέα συνεχίζεται και πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι θα μπορούσε να κρατήσει το κλειδί για την ενοποίηση της φυσικής.

Πεδία εφαρμογής

Η θεωρία χορδών εφαρμόζεται σε πεδία όπως η φυσική υψηλής ενέργειας, η κοσμολογία και η θεωρητική φυσική. Έχει επίσης συνέπειες για τη σωματιδιακή φυσική και την κβαντική βαρύτητα. Επιπλέον, έχει χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της φυσικής των μαύρων οπών και της εντροπίας τους.

Από τη μια πλευρά, η θεωρία χορδών μπορεί να λύσει μερικά από τα πιο θεμελιώδη ερωτήματα στη φυσική, όπως η συμφιλίωση μεταξύ της θεωρίας της γενικής σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής. Η φιλοσοφία του υποστηρίζει την ύπαρξη πολλαπλών διαστάσεων και παράλληλων συμπάντων, που έχει γίνει ένας από τους πιο ενεργούς τομείς έρευνας στη θεωρητική κοσμολογία.

Από την άλλη πλευρά, η υπόθεση στην οποία βασίζεται αυτό το μοντέλο οδήγησε επίσης σε μεγάλο αριθμό προόδων στη φυσική περισσότερο πέρα από την κοσμολογία, όπως στη θεωρία της συμπυκνωμένης ύλης και των κβαντικών πληροφοριών, μεταξύ άλλων χωράφια.

Η κοσμολογία είναι ένας από τους τομείς όπου η θεωρία χορδών έχει σημαντική συμμετοχή τις τελευταίες δεκαετίες.