Kas yra stygų teorija ir kaip ji apibrėžiama?

Evelyn Maitee Marin
Pramonės inžinierius, fizikos magistras ir EdD

Stygų teorija yra fizinis požiūris, kuriuo bandoma suderinti bendrosios reliatyvumo teoriją ir kvantinę mechaniką į vieną modelį, kuriame yra ir aprašomos visos pagrindinės jėgos gamta. Pagal šią teoriją elementariosios dalelės nėra taškinės dalelės, kaip rodo standartinis modelis fizika, o vaizduoja be galo mažų matmenų „stygas“ arba „gijelius“, kurie vibruoja kosmoso laikas.

Teorijos pavadinimas pagrįstas prielaida, kad pagrindinės dalelės yra vienmačiai objektai, primena stygas, kurios svyruoja skirtingais dažniais, o tai lemia dalelės masę ir tipą. atstovauti.

Ši teorija atsirado maždaug septintojo dešimtmečio pabaigoje ir ją sukūrė keli fizikai, įskaitant Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonardą Susskindą, Johną H. Schwarzas ir Michaelas Greenas, tarp kitų. Tačiau apie 1974 m. pagrindines publikacijas pradėjo kurti Jöel Scherk ir John Henry Schwarz. Minėti mokslininkai ieškojo būdo, kaip suderinti bendrosios reliatyvumo teoriją ir kvantinę mechaniką. atėjo į idėją, kad elementariosios dalelės iš tikrųjų yra erdvėlaikyje vibruojančios stygos, o ne dalelės punktualus. Per ateinančius dešimtmečius stygų teorija mokslo bendruomenėje sukėlė daug ginčų ir diskusijų.

Stygų teorijos pagrindas yra mintis, kad visa materija ir pagrindinės jėgos visatoje yra šių stygų vibracijos rezultatas.

Charakteristikos

Kai kurios stygų teorijos ypatybės ir prielaidos yra šios:

• Elementariosios dalelės iš tikrųjų yra vienmatės stygos, kurios vibruoja erdvėlaikyje.

• Šių stygų charakteristikos (pavyzdžiui, jų ilgis ir įtempimas) lemia jų generuojamų dalelių savybes.

• Skirtingi šių stygų svyravimo būdai gali paaiškinti visų žinomų elementariųjų dalelių, įskaitant bozonus ir fermionus, egzistavimą.

• Tai apima keletą neerdvinių dimensijų, be keturių dimensijų, kurias patiriame kasdienėje realybėje.

Ši teorija, arba kai kurių mokslininkų vadinama hipoteze, yra pagrįsta matematiniais modeliais, kurie yra labai sudėtingi ir yra išvesti iš kvantinės mechanikos, bendrosios reliatyvumo teorijos, diferencialinės geometrijos ir topologija.

Svarbu pažymėti, kad šios su teorija susijusios sąvokos ir toliau yra tyrimų objektas, todėl gali būti, kad naudojami matematiniai modeliai ir lygtys yra modifikuojami, kai daromi nauji atradimai ir daromi nauji tyrimai.

Stygų teorija nepateikia išsamaus visatos kilmės paaiškinimo, nes joje daugiau dėmesio skiriama esminei tikrovės ir elementariųjų dalelių prigimtims. Tačiau jis tam tikru mastu suderinamas su Didžiojo sprogimo teorija, paaiškindamas tokius reiškinius kaip kosminė infliacija, yra pagreitinto plėtimosi laikotarpis, įvykęs ankstyvaisiais visatos momentais, ir didelio masto struktūrų formavimasis skalė.

Iššūkiai ir kritika

Bėgant metams stygų teorija buvo daugelio kritikų ir niekintojų tema, o kai kurie argumentai yra susiję su šiais aspektais:

• Empirinių įrodymų trūkumas: nepaisant dešimtmečius trukusių tyrimų, stygų teorija vis dar neturi pakankamai empirinių įrodymų, patvirtinančių jos teisingumą.

• matematinis sudėtingumas: Ši teorija yra labai sudėtinga matematiniu požiūriu, todėl daugumai žmonių ją sunku suprasti.

• nepalyginamumas: yra nesuderinamas su standartine fizika, o tai reiškia, kad negalima atlikti eksperimentų siekiant palyginti ir nustatyti ryšius tarp dviejų teorijų.

• multivisatos: jos pagrindas reiškia kelių visatų egzistavimą ir kai kuriems žmonėms sunku priimti šią idėją.

• Sunku prognozuoti: Dėl savo sudėtingumo stygų teoriją sunku naudoti norint tiksliai prognozuoti stebimus fizinius reiškinius.

Tai tik dalis kritikos ir trūkumų, išsakytų prieš stygų teoriją. Nepaisant šių iššūkių, šios srities tyrimai tęsiami ir daugelis mokslininkų mano, kad tai gali būti fizikos suvienijimo raktas.

Taikymo sritys

Stygų teorija taikoma tokiose srityse kaip didelės energijos fizika, kosmologija ir teorinė fizika. Tai taip pat turi įtakos dalelių fizikai ir kvantinei gravitacijai. Be to, jis buvo naudojamas tiriant juodųjų skylių fiziką ir jų entropiją.

Viena vertus, stygų teorija gali išspręsti kai kuriuos esminius fizikos klausimus, tokius kaip bendrosios reliatyvumo teorijos ir kvantinės mechanikos suderinimas. Jo filosofija remia kelių dimensijų ir paralelinių visatų egzistavimą, o tai tapo viena iš aktyviausių teorinės kosmologijos tyrimų sričių.

Kita vertus, hipotezė, kuria grindžiamas šis modelis, taip pat lėmė daugybę fizikos pažangos. už kosmologijos ribų, pavyzdžiui, kondensuotos medžiagos teorijoje ir kvantinėje informacijoje, be kita ko laukai.

Kosmologija yra viena iš sričių, kurioje stygų teorija pastaraisiais dešimtmečiais aktyviai dalyvavo.