Wat is snaartheorie en hoe wordt het gedefinieerd?

Evelyn Maitee Marin
Industrieel Ingenieur, MSc in Natuurkunde, en EdD

Snaartheorie is een natuurkundige benadering die probeert de theorie van de algemene relativiteitstheorie met elkaar te verzoenen kwantummechanica in één model dat alle fundamentele krachten bevat en beschrijft natuur. In deze theorie zijn elementaire deeltjes geen puntdeeltjes, zoals aangegeven door het standaardmodel van fysica, maar vertegenwoordigen eerder "snaren" of "filamenten" van oneindig kleine afmetingen die trillen in de ruimte tijd.

De naam van de theorie is gebaseerd op de aanname dat fundamentele deeltjes eendimensionale objecten zijn lijken op snaren, die op verschillende frequenties oscilleren, wat de massa en het type deeltje bepaalt staan ​​voor.

Deze theorie is ontstaan ​​rond de late jaren 1960 en werd ontwikkeld door verschillende natuurkundigen, waaronder Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonard Susskind, John H. Onder andere Schwarz en Michael Green. De belangrijkste publicaties werden echter rond 1974 gegenereerd door Jöel Scherk en John Henry Schwarz. De bovengenoemde wetenschappers waren op zoek naar een manier om de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica met elkaar te verzoenen kwam op het idee dat elementaire deeltjes eigenlijk snaren waren die in ruimte-tijd vibreerden in plaats van deeltjes stipt. In de daaropvolgende decennia is de snaartheorie het onderwerp geweest van veel controverse en debat in de wetenschappelijke gemeenschap.

De basis van de snaartheorie is het idee dat alle materie en fundamentele krachten in het universum het resultaat zijn van de trilling van deze snaren.

Kenmerken

Enkele van de kenmerken en premissen van de snaartheorie zijn:

• Elementaire deeltjes zijn eigenlijk eendimensionale snaren die trillen in ruimte-tijd.

• De eigenschappen van deze snaren (zoals hun lengte en spanning) bepalen de eigenschappen van de deeltjes die ze voortbrengen.

• De verschillende oscillatiemodi van deze snaren zouden het bestaan ​​van alle bekende elementaire deeltjes kunnen verklaren, inclusief bosonen en fermionen.

• Het gaat om meerdere extra-ruimtelijke dimensies, naast de vier dimensies die we in onze dagelijkse realiteit ervaren.

Deze theorie, of door sommige wetenschappers hypothese genoemd, is gebaseerd op wiskundige modellen die dat wel zijn uiterst complex en zijn afgeleid van kwantummechanica, algemene relativiteitstheorie, differentiaalmeetkunde en de topologie.

Het is belangrijk op te merken dat deze concepten die verband houden met de theorie onderwerp blijven van onderzoek en daarom is het mogelijk dat de gebruikte wiskundige modellen en vergelijkingen worden aangepast naarmate nieuwe ontdekkingen worden gedaan en nieuwe worden gedaan onderzoek.

De snaartheorie geeft geen volledige verklaring van de oorsprong van het universum, aangezien deze zich meer richt op de fundamentele aard van de werkelijkheid en elementaire deeltjes. Het is echter tot op zekere hoogte verenigbaar met de oerknaltheorie, wat betreft het verklaren van fenomenen zoals kosmische inflatie, die is een periode van versnelde expansie die plaatsvond in de vroege momenten van het universum, en de vorming van grootschalige structuren schaal.

Uitdagingen en kritiek

Snaartheorie is in de loop der jaren het onderwerp geweest van veel critici en tegenstanders, en sommige argumenten hebben betrekking op de volgende aspecten:

• Gebrek aan empirisch bewijs: ondanks decennia van onderzoek heeft de snaartheorie nog steeds niet genoeg empirisch bewijs om de juistheid ervan te bevestigen.

• wiskundige complexiteit: Deze theorie is vanuit wiskundig oogpunt buitengewoon complex, waardoor het voor de meeste mensen moeilijk te begrijpen is.

• onvergelijkbaarheid: is onvergelijkbaar met standaardfysica, wat betekent dat experimenten niet kunnen worden uitgevoerd om de twee theorieën te vergelijken en verbanden te leggen.

• multiversums: de basis impliceert het bestaan ​​van meerdere universums en het is voor sommige mensen moeilijk om dit idee te accepteren.

• Moeilijk voorspellingen doen: Vanwege zijn complexiteit is snaartheorie moeilijk te gebruiken om nauwkeurige voorspellingen te doen over waarneembare fysische verschijnselen.

Dit zijn slechts enkele van de kritieken en nadelen die tegen de snaartheorie zijn geuit. Ondanks deze uitdagingen gaat het onderzoek op dit gebied door en veel wetenschappers geloven dat dit de sleutel kan zijn tot het verenigen van de natuurkunde.

Toepassingsgebieden

Snaartheorie wordt toegepast op gebieden zoals hoge-energiefysica, kosmologie en theoretische natuurkunde. Het heeft ook implicaties voor deeltjesfysica en kwantumzwaartekracht. Bovendien is het gebruikt om de fysica van zwarte gaten en hun entropie te bestuderen.

Aan de ene kant kan de snaartheorie enkele van de meest fundamentele vragen in de natuurkunde oplossen, zoals de verzoening tussen de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica. Zijn filosofie ondersteunt het bestaan ​​van meerdere dimensies en parallelle universums, wat een van de meest actieve onderzoeksgebieden in de theoretische kosmologie is geworden.

Aan de andere kant heeft de hypothese waarop dit model is gebaseerd ook geleid tot een groot aantal vorderingen in de natuurkunde buiten de kosmologie, zoals onder andere in de theorie van gecondenseerde materie en kwantuminformatie velden.

Kosmologie is een van de gebieden waarop de snaartheorie de afgelopen decennia een belangrijke rol heeft gespeeld.