Co to jest teoria strun i jak jest zdefiniowana?

Evelyn Maitee Marin
Inżynier przemysłowy, magister fizyki i EdD

Teoria strun jest podejściem fizycznym, które próbuje pogodzić ogólną teorię względności i teorię strun mechaniki kwantowej w jeden model, który zawiera i opisuje wszystkie podstawowe siły Natura. W tej teorii cząstki elementarne nie są cząstkami punktowymi, na co wskazuje model standardowy fizyki, ale raczej reprezentują „struny” lub „włókna” o nieskończenie małym wymiarze, które wibrują w czas, przestrzeń.

Nazwa teorii opiera się na założeniu, że cząstki elementarne są obiektami jednowymiarowymi przypominają struny, które oscylują z różnymi częstotliwościami, od których zależy masa i rodzaj cząstek przedstawiać.

Teoria ta powstała pod koniec lat 60. XX wieku i została opracowana przez kilku fizyków, w tym Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonarda Susskinda, Johna H. Schwarza i Michaela Greena. Jednak główne publikacje zaczęły być generowane przez Jöela Scherka i Johna Henry'ego Schwarza około 1974 roku. Wspomniani naukowcy szukali sposobu na pogodzenie ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej doszedł do wniosku, że cząstki elementarne są w rzeczywistości strunami wibrującymi w czasoprzestrzeni, a nie cząstkami punktualny. W ciągu następnych dziesięcioleci teoria strun była przedmiotem wielu kontrowersji i debat w środowisku naukowym.

Podstawą teorii strun jest idea, że ​​cała materia i podstawowe siły we wszechświecie są wynikiem wibracji tych strun.

Charakterystyka

Niektóre cechy i przesłanki teorii strun obejmują:

• Cząstki elementarne to tak naprawdę jednowymiarowe struny, które wibrują w czasoprzestrzeni.

• Charakterystyka tych strun (taka jak ich długość i napięcie) determinuje właściwości generowanych przez nie cząstek.

• Różne tryby oscylacji tych strun mogą wyjaśniać istnienie wszystkich znanych cząstek elementarnych, w tym bozonów i fermionów.

• Obejmuje wiele wymiarów pozaprzestrzennych, oprócz czterech wymiarów, których doświadczamy w naszej codziennej rzeczywistości.

Teoria ta, lub nazywana przez niektórych naukowców hipotezą, opiera się na modelach matematycznych niezwykle złożone i wywodzą się z mechaniki kwantowej, ogólnej teorii względności, geometrii różniczkowej i topologia.

Należy zauważyć, że te koncepcje, które są związane z teorią, są nadal przedmiotem badań i dlatego możliwe jest, że stosowane modele matematyczne i równania są modyfikowane wraz z dokonywaniem nowych odkryć i dokonywaniem nowych badania.

Teoria strun nie zapewnia pełnego wyjaśnienia pochodzenia wszechświata, ponieważ koncentruje się bardziej na fundamentalnej naturze rzeczywistości i cząstkach elementarnych. Jest jednak do pewnego stopnia zgodna z teorią Wielkiego Wybuchu, wyjaśniając zjawiska takie jak kosmiczna inflacja, która to okres przyspieszonej ekspansji, która miała miejsce we wczesnych momentach wszechświata i powstawania struktur na dużą skalę skala.

Wyzwania i krytyka

Teoria strun była przez lata przedmiotem wielu krytyków i krytyków, a niektóre argumenty dotyczą następujących aspektów:

• Brak dowodów empirycznych: pomimo dziesięcioleci badań teoria strun wciąż nie ma wystarczających dowodów empirycznych, aby potwierdzić jej prawdziwość.

• złożoność matematyczna: Teoria ta jest niezwykle złożona z matematycznego punktu widzenia, przez co większości ludzi trudno ją zrozumieć.

• niewspółmierność: jest niewspółmierna ze standardową fizyką, co oznacza, że ​​nie można przeprowadzać eksperymentów w celu porównania i ustalenia zależności między dwiema teoriami.

• wieloświaty: jego podstawa implikuje istnienie wielu wszechświatów i niektórym ludziom trudno jest zaakceptować tę ideę.

• Trudność w prognozowaniu: Ze względu na swoją złożoność teoria strun jest trudna w użyciu do dokładnych przewidywań dotyczących obserwowalnych zjawisk fizycznych.

To tylko niektóre z krytyki i wad, które zostały skierowane przeciwko teorii strun. Pomimo tych wyzwań badania w tej dziedzinie są kontynuowane, a wielu naukowców uważa, że ​​może to być klucz do unifikacji fizyki.

Obszary zastosowania

Teoria strun jest stosowana w takich dziedzinach, jak fizyka wysokich energii, kosmologia i fizyka teoretyczna. Ma to również implikacje dla fizyki cząstek elementarnych i grawitacji kwantowej. Ponadto był używany do badania fizyki czarnych dziur i ich entropii.

Z jednej strony teoria strun może rozwiązać niektóre z najbardziej fundamentalnych problemów fizyki, takie jak pogodzenie ogólnej teorii względności z mechaniką kwantową. Jego filozofia wspiera istnienie wielu wymiarów i wszechświatów równoległych, co stało się jednym z najbardziej aktywnych obszarów badań kosmologii teoretycznej.

Z drugiej strony hipoteza, na której opiera się ten model, doprowadziła również do wielu postępów w fizyce poza kosmologią, jak między innymi w teorii materii skondensowanej i informacji kwantowej pola.

Kosmologia jest jednym z obszarów, w których teoria strun miała znaczący udział w ostatnich dziesięcioleciach.