Mis on stringiteooria ja kuidas seda määratletakse?

Evelyn Maitee Marin
Tööstusinsener, MSc füüsikas ja EdD

Stringiteooria on füüsiline lähenemine, mis püüab ühitada üldrelatiivsusteooriat ja kvantmehaanika ühtseks mudeliks, mis sisaldab ja kirjeldab kõiki selle põhijõude loodus. Selles teoorias ei ole elementaarosakesed punktosakesed, nagu näitab standardmudel füüsika, vaid kujutavad endast lõpmata väikese mõõtmega "nööre" või "kiude", mis vibreerivad ruumi aeg.

Teooria nimetus põhineb eeldusel, et põhiosakesed on ühemõõtmelised objektid, mis on meenutavad stringe, mis võnguvad erinevatel sagedustel, mis määrab osakeste massi ja tüübi esindama.

See teooria sai alguse 1960. aastate lõpus ja selle töötasid välja mitmed füüsikud, sealhulgas Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonard Susskind, John H. Schwarz ja Michael Green teiste seas. Peamisi väljaandeid hakkasid aga koostama Jöel Scherk ja John Henry Schwarz 1974. aasta paiku. Eelnimetatud teadlased otsisid viisi üldrelatiivsusteooria ja kvantmehaanika ühitamiseks ning jõudis ideele, et elementaarosakesed on tegelikult pigem aegruumis vibreerivad stringid kui osakesed täpne. Järgnevate aastakümnete jooksul on stringiteooria olnud teadusringkondades paljude poleemika ja arutelu objektiks.

Stringiteooria aluseks on idee, et kogu universumi aine ja põhijõud on nende stringide vibratsiooni tulemus.

Omadused

Mõned stringiteooria omadused ja eeldused hõlmavad järgmist:

• Elementaarosakesed on tegelikult ühemõõtmelised stringid, mis vibreerivad aegruumis.

• Nende stringide omadused (nt pikkus ja pinge) määravad nende tekitatavate osakeste omadused.

• Nende stringide erinevad võnkeviisid võivad seletada kõigi teadaolevate elementaarosakeste, sealhulgas bosonite ja fermioonide olemasolu.

• See hõlmab mitmeid ruumiväliseid dimensioone, lisaks neljale dimensioonile, mida me igapäevases reaalsuses kogeme.

See teooria, mida mõned teadlased nimetavad hüpoteesiks, põhineb matemaatilistel mudelitel, mis on äärmiselt keerulised ja on tuletatud kvantmehaanikast, üldrelatiivsusteooriast, diferentsiaalgeomeetriast ja topoloogia.

Oluline on märkida, et need teooriaga seotud mõisted on jätkuvalt uurimisobjektiks ja seetõttu on võimalik, et kasutatavaid matemaatilisi mudeleid ja võrrandeid muudetakse, kui tehakse uusi avastusi ja tehakse uusi uurimine.

Stringiteooria ei anna täielikku selgitust universumi tekke kohta, kuna keskendub rohkem reaalsuse ja elementaarosakeste fundamentaalsele olemusele. Siiski on see mingil määral kooskõlas Suure Paugu teooriaga, selgitades selliseid nähtusi nagu kosmiline inflatsioon, mis on kiirendatud paisumise periood, mis leidis aset universumi esimestel hetkedel ja suuremahuliste struktuuride tekke kaal.

Väljakutsed ja kriitika

Stringiteooria on aastate jooksul olnud paljude kriitikute ja taunijate teemaks ning mõned argumendid on seotud järgmiste aspektidega:

• Empiiriliste tõendite puudumine: vaatamata aastakümnete pikkusele uurimistööle ei ole stringiteoorial ikka veel piisavalt empiirilisi tõendeid selle tõesuse kinnitamiseks.

• matemaatiline keerukus: See teooria on matemaatilisest seisukohast äärmiselt keeruline, mistõttu on enamikul inimestel sellest raske aru saada.

• võrreldamatus: on tavafüüsikaga võrreldamatu, mis tähendab, et katseid ei saa läbi viia kahe teooria võrdlemiseks ja seoste loomiseks.

• multiversumid: selle alus eeldab mitme universumi olemasolu ja mõnel inimesel on raske seda mõtet aktsepteerida.

• Raskused ennustada: Keerukuse tõttu on stringiteooriat raske kasutada, et teha täpseid ennustusi jälgitavate füüsikaliste nähtuste kohta.

Need on vaid osa kriitikast ja puudustest, mida stringiteooria vastu on esitatud. Nendest väljakutsetest hoolimata jätkuvad uuringud selles valdkonnas ja paljud teadlased usuvad, et see võib olla füüsika ühendamise võti.

Kasutusvaldkonnad

Stringiteooriat rakendatakse sellistes valdkondades nagu suure energiaga füüsika, kosmoloogia ja teoreetiline füüsika. Sellel on ka mõju osakeste füüsikale ja kvantgravitatsioonile. Lisaks on seda kasutatud mustade aukude füüsika ja nende entroopia uurimiseks.

Ühelt poolt saab stringiteooria lahendada mõned kõige fundamentaalsemad füüsikaküsimused, nagu näiteks üldrelatiivsusteooria ja kvantmehaanika ühitamine. Tema filosoofia toetab mitmedimensioonide ja paralleeluniversumite olemasolu, millest on saanud teoreetilise kosmoloogia üks aktiivsemaid uurimisvaldkondi.

Teisest küljest on selle mudeli aluseks olev hüpotees toonud kaasa ka suure hulga edusamme füüsikas. väljaspool kosmoloogiat, näiteks kondenseerunud aine ja kvantinformatsiooni teoorias väljad.

Kosmoloogia on üks valdkondi, kus stringiteooria on viimastel aastakümnetel märkimisväärselt kaasa löönud.