რა არის სიმების თეორია და როგორ არის განსაზღვრული?

ეველინ მეიტი მარინი
ინდუსტრიული ინჟინერი, მაგისტრი ფიზიკაში და EdD

სიმების თეორია არის ფიზიკური მიდგომა, რომელიც ცდილობს დააკავშიროს ფარდობითობის ზოგადი თეორია და კვანტური მექანიკა ერთ მოდელად, რომელიც შეიცავს და აღწერს ყველა ფუნდამენტურ ძალას ბუნება. ამ თეორიაში ელემენტარული ნაწილაკები არ არის წერტილოვანი ნაწილაკები, როგორც ეს მითითებულია სტანდარტული მოდელით ფიზიკა, არამედ წარმოადგენს უსასრულოდ მცირე განზომილების "სიმებს" ან "ძაფებს", რომლებიც ვიბრირებენ სივრცე დრო.

თეორიის სახელწოდება ემყარება იმ ვარაუდს, რომ ფუნდამენტური ნაწილაკები არის ერთგანზომილებიანი ობიექტები, რომლებიც წააგავს სიმებს, რომლებიც რხევავენ სხვადასხვა სიხშირეზე, რაც განსაზღვრავს ნაწილაკების მასას და ტიპს წარმოდგენა.

ეს თეორია წარმოიშვა დაახლოებით 1960-იანი წლების ბოლოს და შეიმუშავა რამდენიმე ფიზიკოსმა, მათ შორის გაბრიელ ვენეციანომ, იოჩირო ნამბუმ, ლეონარდ სუსკინდმა, ჯონ ჰ. შვარცი და მაიკლ გრინი, სხვათა შორის. თუმცა, ძირითადი პუბლიკაციების გენერირება დაიწყო ჯოელ შერკმა და ჯონ ჰენრი შვარცმა დაახლოებით 1974 წელს. ზემოაღნიშნული მეცნიერები ეძებდნენ გზას, რომ შეეთავსებინათ ფარდობითობის ზოგადი თეორია და კვანტური მექანიკა, და მივიდა აზრამდე, რომ ელემენტარული ნაწილაკები სინამდვილეში იყო სიმები, რომლებიც ვიბრირებენ სივრცე-დროში და არა ნაწილაკები პუნქტუალური. მომდევნო ათწლეულების განმავლობაში სიმების თეორია მრავალი კამათის და დებატების საგანი იყო სამეცნიერო საზოგადოებაში.

სიმების თეორიის საფუძველია იდეა, რომ სამყაროში არსებული ყველა მატერია და ფუნდამენტური ძალა ამ სიმების ვიბრაციის შედეგია.

მახასიათებლები

სიმების თეორიის ზოგიერთი მახასიათებელი და წინაპირობა მოიცავს:

• ელემენტარული ნაწილაკები რეალურად არის ერთგანზომილებიანი სიმები, რომლებიც ვიბრირებენ სივრცე-დროში.

• ამ სიმების მახასიათებლები (როგორიცაა მათი სიგრძე და დაძაბულობა) განსაზღვრავს მათ მიერ წარმოქმნილი ნაწილაკების თვისებებს.

• ამ სიმების რხევის სხვადასხვა რეჟიმმა შეიძლება ახსნას ყველა ცნობილი ელემენტარული ნაწილაკის არსებობა, ბოზონების და ფერმიონების ჩათვლით.

• ის მოიცავს მრავალ ექსტრასივრცულ განზომილებას, გარდა ოთხი განზომილებისა, რომელსაც ჩვენ ყოველდღიურ რეალობაში განვიცდით.

ეს თეორია, ან რომელსაც ზოგიერთი მეცნიერი უწოდებს ჰიპოთეზას, ეფუძნება მათემატიკურ მოდელებს, რომლებიც უკიდურესად რთული და მიღებულია კვანტური მექანიკიდან, ფარდობითობის ზოგადი თეორიიდან, დიფერენციალური გეომეტრიიდან და ტოპოლოგია.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ეს ცნებები, რომლებიც დაკავშირებულია თეორიასთან, კვლავაც კვლევის საგანია და, შესაბამისად, შესაძლებელია, რომ გამოყენებული მათემატიკური მოდელები და განტოლებები მოდიფიცირებულია ახალი აღმოჩენებისა და ახლის გაკეთებისას კვლევა.

სიმების თეორია არ იძლევა სამყაროს წარმოშობის სრულ ახსნას, რადგან ის უფრო მეტ ყურადღებას ამახვილებს რეალობის ფუნდამენტურ ბუნებაზე და ელემენტარულ ნაწილაკებზე. თუმცა, ის გარკვეულწილად თავსებადია დიდი აფეთქების თეორიასთან ისეთი ფენომენების ახსნაში, როგორიცაა კოსმოსური ინფლაცია, რომელიც არის დაჩქარებული გაფართოების პერიოდი, რომელიც მოხდა სამყაროს ადრეულ მომენტებში და ფართომასშტაბიანი სტრუქტურების ფორმირება მასშტაბი.

გამოწვევები და კრიტიკა

სიმების თეორია მრავალი კრიტიკოსისა და მოწინააღმდეგის საგანი იყო წლების განმავლობაში და ზოგიერთი არგუმენტი ეხება შემდეგ ასპექტებს:

• ემპირიული მტკიცებულებების ნაკლებობა: მიუხედავად ათწლეულების კვლევისა, სიმების თეორიას ჯერ კიდევ არ აქვს საკმარისი ემპირიული მტკიცებულება მისი სინამდვილის დასადასტურებლად.

• მათემატიკური სირთულე: ეს თეორია უკიდურესად რთულია მათემატიკური თვალსაზრისით, რაც ართულებს ადამიანების უმეტესობის გაგებას.

• შეუდარებლობა: შეუდარებელია სტანდარტულ ფიზიკასთან, რაც ნიშნავს, რომ ექსპერიმენტების ჩატარება შეუძლებელია ამ ორ თეორიას შორის შედარებისა და ურთიერთობის დასამყარებლად.

• მულტივერსიები: მისი საფუძველი გულისხმობს მრავალი სამყაროს არსებობას და ზოგიერთ ადამიანს უჭირს ამ იდეის მიღება.

• პროგნოზების გაკეთების სირთულე: სიმების თეორიის სირთულის გამო ძნელი გამოსაყენებელია დაკვირვებადი ფიზიკური ფენომენების ზუსტი პროგნოზის გასაკეთებლად.

ეს მხოლოდ ზოგიერთი კრიტიკა და ნაკლოვანებაა, რომლებიც მიმართულია სიმების თეორიის წინააღმდეგ. მიუხედავად ამ გამოწვევებისა, კვლევა ამ სფეროში გრძელდება და ბევრი მეცნიერი თვლის, რომ მას შეუძლია ფიზიკის გაერთიანების გასაღები.

გამოყენების სფეროები

სიმების თეორია გამოიყენება ისეთ სფეროებში, როგორიცაა მაღალი ენერგიის ფიზიკა, კოსმოლოგია და თეორიული ფიზიკა. მას ასევე აქვს გავლენა ნაწილაკების ფიზიკაზე და კვანტურ გრავიტაციაზე. გარდა ამისა, იგი გამოიყენებოდა შავი ხვრელების ფიზიკის და მათი ენტროპიის შესასწავლად.

ერთის მხრივ, სიმების თეორიას შეუძლია გადაჭრას ზოგიერთი ყველაზე ფუნდამენტური საკითხი ფიზიკაში, როგორიცაა ზოგადი ფარდობითობის თეორიისა და კვანტური მექანიკის შეჯერება. მისი ფილოსოფია მხარს უჭერს მრავალი განზომილების და პარალელური სამყაროების არსებობას, რაც თეორიულ კოსმოლოგიაში კვლევის ერთ-ერთ ყველაზე აქტიურ სფეროდ იქცა.

მეორეს მხრივ, ჰიპოთეზა, რომელსაც ეს მოდელი ეფუძნება, ასევე განაპირობა ფიზიკაში მიღწევების დიდი რაოდენობა. კოსმოლოგიის მიღმა, როგორიცაა შედედებული მატერიის თეორია და კვანტური ინფორმაცია, სხვათა შორის ველები.

კოსმოლოგია არის ერთ-ერთი სფერო, სადაც სიმების თეორიას მნიშვნელოვანი მონაწილეობა აქვს ბოლო ათწლეულების განმავლობაში.