Što je teorija struna i kako se definira?

Evelyn Maitee Marin
Industrijski inženjer, magistar fizike i EdD

Teorija struna je fizikalni pristup koji pokušava pomiriti teoriju opće relativnosti i kvantne mehanike u jedan model koji sadrži i opisuje sve temeljne sile priroda. U ovoj teoriji, elementarne čestice nisu točkaste čestice, kao što pokazuje standardni model fizike, već predstavljaju "strune" ili "filamente" infinitezimalnih dimenzija koje vibriraju u prostor vrijeme.

Naziv teorije temelji se na pretpostavci da su fundamentalne čestice jednodimenzionalni objekti koji nalikuju strunama, koje osciliraju na različitim frekvencijama, što određuje masu i vrstu čestice predstavljati.

Ova teorija nastala je oko kasnih 1960-ih, a razvilo ju je nekoliko fizičara, uključujući Gabrielea Veneziana, Yoichira Nambua, Leonarda Susskinda, Johna H. Schwarz i Michael Green, između ostalih. Međutim, glavne publikacije počeli su stvarati Jöel Scherk i John Henry Schwarz oko 1974. Spomenuti znanstvenici tražili su način kako pomiriti teoriju opće relativnosti i kvantnu mehaniku, a došao na ideju da su elementarne čestice zapravo strune koje vibriraju u prostor-vremenu, a ne čestice točan. Tijekom desetljeća koja su uslijedila, teorija struna bila je predmet mnogih kontroverzi i rasprava u znanstvenoj zajednici.

Osnova teorije struna je ideja da su sva materija i fundamentalne sile u svemiru rezultat vibracija ovih struna.

Karakteristike

Neke od karakteristika i premisa teorije struna uključuju:

• Elementarne čestice su zapravo jednodimenzionalne strune koje titraju u prostor-vremenu.

• Karakteristike ovih žica (kao što su njihova duljina i napetost) određuju svojstva čestica koje stvaraju.

• Različiti načini osciliranja ovih struna mogli bi objasniti postojanje svih poznatih elementarnih čestica, uključujući bozone i fermione.

• Uključuje višestruke izvanprostorne dimenzije, uz četiri dimenzije koje doživljavamo u svakodnevnoj stvarnosti.

Ova teorija, ili koju neki znanstvenici nazivaju hipotezom, temelji se na matematičkim modelima koji su izuzetno složeni i izvedeni su iz kvantne mehanike, opće relativnosti, diferencijalne geometrije i topologija.

Važno je napomenuti da su ovi koncepti koji se povezuju s teorijom i dalje predmet istraživanja i stoga je moguće da korišteni matematički modeli i jednadžbe mijenjaju se kako se dolazi do novih otkrića istraživanje.

Teorija struna ne daje potpuno objašnjenje podrijetla svemira, jer se više fokusira na temeljnu prirodu stvarnosti i elementarnih čestica. Međutim, ona je u određenoj mjeri kompatibilna s teorijom Velikog praska, u objašnjavanju fenomena poput kozmičke inflacije, koja je razdoblje ubrzanog širenja koje se dogodilo u ranim trenucima svemira, i formiranje velikih struktura mjerilo.

Izazovi i kritike

Teorija struna bila je predmet mnogih kritičara i klevetnika tijekom godina, a neki od argumenata odnose se na sljedeće aspekte:

• Nedostatak empirijskih dokaza: unatoč desetljećima istraživanja, teorija struna još uvijek nema dovoljno empirijskih dokaza koji bi potvrdili njezinu istinitost.

• matematička složenost: Ova je teorija izuzetno složena s matematičke točke gledišta, zbog čega je većini ljudi teško razumjeti.

• nesumjerljivost: nemjerljivo je sa standardnom fizikom, što znači da se ne mogu provoditi eksperimenti za usporedbu i uspostavljanje odnosa između dviju teorija.

• multiverzumi: njegov temelj implicira postojanje više svemira i nekim ljudima je teško prihvatiti ovu ideju.

• Poteškoće s predviđanjem: Zbog svoje složenosti, teoriju struna teško je koristiti za točna predviđanja vidljivih fizičkih pojava.

Ovo su samo neke od kritika i nedostataka koji su upućeni na račun teorije struna. Unatoč ovim izazovima, istraživanja u ovom području se nastavljaju i mnogi znanstvenici vjeruju da bi ono moglo biti ključno za objedinjavanje fizike.

Područja primjene

Teorija struna primjenjuje se u područjima kao što su fizika visokih energija, kozmologija i teorijska fizika. Također ima implikacije na fiziku čestica i kvantnu gravitaciju. Nadalje, korišten je za proučavanje fizike crnih rupa i njihove entropije.

S jedne strane, teorija struna može riješiti neka od najtemeljnijih pitanja u fizici, kao što je pomirenje između teorije opće relativnosti i kvantne mehanike. Njegova filozofija podupire postojanje višestrukih dimenzija i paralelnih svemira, što je postalo jedno od najaktivnijih područja istraživanja u teorijskoj kozmologiji.

S druge strane, hipoteza na kojoj se temelji ovaj model također je dovela do velikog broja napretka u fizici. izvan kozmologije, poput teorije kondenzirane tvari i kvantne informacije, između ostalog polja.

Kozmologija je jedno od područja u kojima je teorija struna značajno sudjelovala posljednjih desetljeća.