Mi a húrelmélet és hogyan definiálható?

Evelyn Maitee Marin
ipari mérnök, MSc fizika és EdD

A húrelmélet egy fizikai megközelítés, amely megpróbálja összeegyeztetni az általános relativitáselméletet és a a kvantummechanikát egyetlen modellbe, amely tartalmazza és leírja az összes alapvető erőt természet. Ebben az elméletben az elemi részecskék nem pontrészecskék, amint azt a szabványos modell mutatja fizikát, hanem végtelenül kicsi dimenziójú "húrokat" vagy "szálakat" képviselnek, amelyek a téridő.

Az elmélet neve azon a feltételezésen alapul, hogy az alapvető részecskék egydimenziós objektumok, amelyek húrokhoz hasonlítanak, amelyek különböző frekvencián oszcillálnak, ami meghatározza a részecske tömegét és típusát képviselni.

Ez az elmélet az 1960-as évek végén keletkezett, és számos fizikus dolgozta ki, köztük Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonard Susskind, John H. Schwarz és Michael Green többek között. A fő publikációkat azonban 1974 körül Jöel Scherk és John Henry Schwarz kezdte készíteni. A fent említett tudósok az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika összeegyeztetésének módját keresték, és Arra az ötletre jutott, hogy az elemi részecskék valójában téridőben rezgő húrok, nem pedig részecskék pontos. A következő évtizedekben a húrelmélet sok vita és vita tárgya volt a tudományos közösségben.

A húrelmélet alapja az az elképzelés, hogy az univerzumban minden anyag és alapvető erő e húrok rezgésének eredménye.

Jellemzők

A húrelmélet néhány jellemzője és előfeltétele:

• Az elemi részecskék valójában egydimenziós húrok, amelyek a téridőben rezegnek.

• E húrok jellemzői (például hosszuk és feszültségük) meghatározzák az általuk generált részecskék tulajdonságait.

• E húrok különböző rezgésmódjai megmagyarázhatják az összes ismert elemi részecske létezését, beleértve a bozonokat és a fermionokat is.

• Több téren kívüli dimenziót is magában foglal a mindennapi valóságunkban tapasztalt négy dimenzió mellett.

Ez az elmélet, vagy egyes tudósok által hipotézisnek nevezik, olyan matematikai modelleken alapul rendkívül összetettek, és a kvantummechanikából, az általános relativitáselméletből, a differenciálgeometriából és a a topológia.

Fontos megjegyezni, hogy ezek az elmélethez kapcsolódó fogalmak továbbra is a kutatás tárgyát képezik, és ezért lehetséges, hogy a használt matematikai modellek és egyenletek módosulnak, ahogy új felfedezések születnek és újak születnek kutatás.

A húrelmélet nem ad teljes magyarázatot az univerzum keletkezésére, mivel inkább a valóság és az elemi részecskék alapvető természetére összpontosít. Ez azonban bizonyos mértékig kompatibilis az ősrobbanás elméletével olyan jelenségek magyarázatában, mint a kozmikus infláció, a felgyorsult tágulás időszaka, amely az univerzum korai pillanataiban következett be, és a nagyméretű struktúrák kialakulása skála.

Kihívások és kritika

A húrelmélet az évek során számos kritikus és ellenző témája volt, és néhány érv a következő szempontokhoz kapcsolódik:

• Az empirikus bizonyítékok hiánya: a több évtizedes kutatás ellenére a húrelméletnek még mindig nincs elegendő empirikus bizonyítéka annak igazára.

• matematikai bonyolultság: Ez az elmélet matematikai szempontból rendkívül összetett, ami a legtöbb ember számára megnehezíti a megértését.

• megmérhetetlenség: összemérhetetlen a standard fizikával, ami azt jelenti, hogy nem lehet kísérleteket végezni a két elmélet összehasonlítására és összefüggéseinek megállapítására.

• multiverzumok: alapja több univerzum létezését feltételezi, és néhány ember számára nehéz elfogadni ezt az elképzelést.

• Nehézségek jóslásban: A húrelmélet bonyolultsága miatt nehezen használható a megfigyelhető fizikai jelenségek pontos előrejelzésére.

Ez csak néhány a húrelmélettel szemben megfogalmazott kritikák és hátrányok közül. E kihívások ellenére a kutatás ezen a területen folytatódik, és sok tudós úgy véli, hogy ez a kulcs a fizika egységesítéséhez.

Alkalmazási területek

A húrelméletet olyan területeken alkalmazzák, mint a nagy energiájú fizika, a kozmológia és az elméleti fizika. A részecskefizikára és a kvantumgravitációra is kihatással van. Ezenkívül a fekete lyukak fizikájának és entrópiájának tanulmányozására használták.

Egyrészt a húrelmélet meg tudja oldani a fizika néhány legalapvetőbb kérdését, például az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika összeegyeztetését. Filozófiája támogatja a többdimenziós és párhuzamos univerzumok létezését, amely az elméleti kozmológia egyik legaktívabb kutatási területévé vált.

Másrészt a modell alapjául szolgáló hipotézis a fizikában is számos előrelépéshez vezetett. a kozmológián túl, például a kondenzált anyag és a kvantuminformáció elméletében, többek között mezőket.

A kozmológia egyike azon területeknek, ahol a húrelmélet jelentős szerepet kapott az elmúlt évtizedekben.