Mikä on merkkijonoteoria ja miten se määritellään?

Evelyn Maitee Marin
Teollisuusinsinööri, Fysiikan maisteri ja EdD

String Theory on fysikaalinen lähestymistapa, joka yrittää sovittaa yhteen yleisen suhteellisuusteorian ja teorian kvanttimekaniikka yhdeksi malliksi, joka sisältää ja kuvaa kaikki perusvoimat luonto. Tässä teoriassa alkuainehiukkaset eivät ole pistehiukkasia, kuten standardimalli osoittaa fysiikkaa, vaan edustavat äärettömän pienikokoisia "jonoja" tai "filamentteja", jotka värähtelevät aika-avaruus.

Teorian nimi perustuu olettamukseen, että perushiukkaset ovat yksiulotteisia esineitä, jotka ovat muistuttavat merkkijonoja, jotka värähtelevät eri taajuuksilla, mikä määrittää hiukkasen massan ja tyypin edustaa.

Tämä teoria sai alkunsa 1960-luvun lopulla, ja sen kehittivät useat fyysikot, mukaan lukien Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonard Susskind, John H. Schwarz ja Michael Green mm. Tärkeimmät julkaisut alkoivat kuitenkin tuottaa Jöel Scherk ja John Henry Schwarz noin vuonna 1974. Edellä mainitut tiedemiehet etsivät tapaa sovittaa yhteen yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka. tuli ajatukseen, että alkuainehiukkaset olivat itse asiassa aika-avaruudessa värähteleviä kieliä hiukkasten sijaan täsmällinen. Seuraavien vuosikymmenten aikana jousiteoria on ollut tiedeyhteisön monien kiistojen ja keskustelujen kohteena.

Kieleteorian perustana on ajatus, että kaikki universumin aine ja perusvoimat ovat seurausta näiden kielten värähtelystä.

Ominaisuudet

Joitakin merkkijonoteorian ominaisuuksia ja lähtökohtia ovat:

• Alkuainehiukkaset ovat itse asiassa yksiulotteisia kieliä, jotka värähtelevät aika-avaruudessa.

• Näiden merkkijonojen ominaisuudet (kuten niiden pituus ja jännitys) määräävät niiden tuottamien hiukkasten ominaisuudet.

• Näiden merkkijonojen erilaiset värähtelytavat voivat selittää kaikkien tunnettujen alkuainehiukkasten, mukaan lukien bosonit ja fermionit, olemassaolon.

• Se sisältää useita avaruuden ulkopuolisia ulottuvuuksia niiden neljän ulottuvuuden lisäksi, jotka koemme jokapäiväisessä todellisuudessamme.

Tämä teoria, tai joidenkin tiedemiesten kutsuma hypoteesi, perustuu matemaattisiin malleihin, jotka ovat erittäin monimutkaisia ​​ja johdetaan kvanttimekaniikasta, yleisestä suhteellisuusteoriasta, differentiaaligeometriasta ja topologia.

On tärkeää huomata, että nämä teoriaan liittyvät käsitteet ovat edelleen tutkimuksen kohteena ja siksi on mahdollista, että käytettyjä matemaattisia malleja ja yhtälöitä muutetaan, kun uusia löytöjä tehdään ja uusia tehdään tutkimusta.

Kieleteoria ei anna täydellistä selitystä universumin alkuperästä, koska se keskittyy enemmän todellisuuden ja alkuainehiukkasten perusluonteeseen. Se on kuitenkin jossain määrin yhteensopiva alkuräjähdyksen teorian kanssa selittäessään ilmiöitä, kuten kosminen inflaatio, joka on maailmankaikkeuden alkuvaiheessa tapahtuneen kiihtyneen laajenemisen ja suurten rakenteiden muodostumisen kausi mittakaavassa.

Haasteita ja kritiikkiä

Kieliteoria on ollut monien kriitikoiden ja arvostelijoiden kohteena vuosien varrella, ja jotkut väitteistä liittyvät seuraaviin näkökohtiin:

• Empiirisen näytön puute: Vuosikymmenten tutkimuksesta huolimatta merkkijonoteorialla ei vieläkään ole tarpeeksi empiiristä näyttöä vahvistamaan sen todenperäisyyttä.

• matemaattinen monimutkaisuus: Tämä teoria on matemaattiselta kannalta erittäin monimutkainen, minkä vuoksi useimpien ihmisten on vaikea ymmärtää sitä.

• suhteettomuutta: on vertailukelpoinen tavallisen fysiikan kanssa, mikä tarkoittaa, että kokeita ei voida suorittaa näiden kahden teorian vertaamiseksi ja välisten suhteiden luomiseksi.

• multiversumit: sen perusta tarkoittaa useiden universumien olemassaoloa, ja joidenkin ihmisten on vaikea hyväksyä tätä ajatusta.

• Vaikeus tehdä ennusteita: Monimutkaisuutensa vuoksi merkkijonoteoriaa on vaikea käyttää tarkkojen ennusteiden tekemiseen havaittavista fysikaalisista ilmiöistä.

Nämä ovat vain osa kritiikistä ja haitoista, joita on esitetty jousiteoriaa vastaan. Näistä haasteista huolimatta tutkimus tällä alalla jatkuu, ja monet tutkijat uskovat, että se voisi olla avain fysiikan yhdistämiseen.

Soveltamisalat

Kieleteoriaa sovelletaan sellaisilla aloilla kuin korkeaenerginen fysiikka, kosmologia ja teoreettinen fysiikka. Sillä on myös vaikutuksia hiukkasfysiikkaan ja kvanttipainovoimaan. Lisäksi sitä on käytetty mustien aukkojen fysiikan ja niiden entropian tutkimiseen.

Toisaalta merkkijonoteoria voi ratkaista joitakin fysiikan perustavanlaatuisimpia kysymyksiä, kuten yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan välisen yhteensovittamisen. Hänen filosofiansa tukee useiden ulottuvuuksien ja rinnakkaisten universumien olemassaoloa, josta on tullut yksi teoreettisen kosmologian aktiivisimmista tutkimusalueista.

Toisaalta hypoteesi, johon tämä malli perustuu, on johtanut myös suureen määrään fysiikan edistysaskeleita. kosmologian ulkopuolella, kuten muun muassa tiivistyneen aineen ja kvanttitiedon teoriassa kentät.

Kosmologia on yksi niistä alueista, joilla jousiteoria on ollut merkittävässä roolissa viime vuosikymmeninä.