Что такое теория струн и как она определяется?

Эвелин Мейти Марин
Инженер-технолог, магистр физики и EdD

Теория струн — это физический подход, который пытается примирить общую теорию относительности и квантовой механики в единую модель, которая содержит и описывает все фундаментальные силы природа. В этой теории элементарные частицы не являются точечными частицами, на что указывает стандартная модель физике, а скорее представляют собой «струны» или «нити» бесконечно малых размеров, которые вибрируют в пространство-время.

Название теории основано на предположении, что элементарные частицы представляют собой одномерные объекты, напоминают струны, которые колеблются с разной частотой, что определяет массу и тип частицы, представлять.

Эта теория возникла примерно в конце 1960-х годов и была развита несколькими физиками, в том числе Габриэле Венециано, Йоитиро Намбу, Леонардом Сасскиндом, Джоном Х. Шварц и Майкл Грин, среди прочих. Однако основные публикации начали выпускаться Джоэлем Шерком и Джоном Генри Шварцем примерно в 1974 году. Вышеупомянутые ученые искали способ примирить общую теорию относительности и квантовую механику, и пришел к мысли, что элементарные частицы на самом деле представляют собой струны, колеблющиеся в пространстве-времени, а не частицы пунктуальный. В последующие десятилетия теория струн была предметом многочисленных споров и дискуссий в научном сообществе.

В основе теории струн лежит идея о том, что вся материя и фундаментальные силы во Вселенной являются результатом вибрации этих струн.

Характеристики

Некоторые из характеристик и предпосылок теории струн включают:

• Элементарные частицы на самом деле представляют собой одномерные струны, вибрирующие в пространстве-времени.

• Характеристики этих струн (например, их длина и натяжение) определяют свойства генерируемых ими частиц.

• Различные режимы колебаний этих струн могли бы объяснить существование всех известных элементарных частиц, включая бозоны и фермионы.

• Оно включает в себя множество дополнительных пространственных измерений в дополнение к четырем измерениям, которые мы ощущаем в нашей повседневной реальности.

Эта теория, называемая некоторыми учеными гипотезой, основана на математических моделях, которые чрезвычайно сложны и основаны на квантовой механике, общей теории относительности, дифференциальной геометрии и топология.

Важно отметить, что эти понятия, которые связаны с теорией, продолжают оставаться предметом исследования и, следовательно, не исключено, что используемые математические модели и уравнения модифицируются по мере того, как делаются новые открытия и делаются новые исследовать.

Теория струн не дает полного объяснения происхождения Вселенной, поскольку больше фокусируется на фундаментальной природе реальности и элементарных частиц. Однако она до некоторой степени совместима с теорией Большого взрыва при объяснении таких явлений, как космическая инфляция, которая период ускоренного расширения, имевший место в ранние моменты существования Вселенной, и формирования крупномасштабных структур шкала.

Проблемы и критика

Теория струн на протяжении многих лет была предметом многих критиков и недоброжелателей, и некоторые из аргументов касаются следующих аспектов:

• Отсутствие эмпирических данных: несмотря на десятилетия исследований, теория струн до сих пор не имеет достаточного количества эмпирических данных, подтверждающих ее достоверность.

• математическая сложность: Эта теория чрезвычайно сложна с математической точки зрения, что затрудняет ее понимание для большинства людей.

• несоизмеримость: несоизмерима со стандартной физикой, а это означает, что нельзя проводить эксперименты для сравнения и установления взаимосвязей между двумя теориями.

• мультивселенные: его основа подразумевает существование множественных вселенных, и некоторым людям трудно принять эту идею.

• Сложно делать прогнозы: Из-за своей сложности теорию струн трудно использовать для точных предсказаний наблюдаемых физических явлений.

Это лишь некоторые из критических замечаний и недостатков, выдвинутых против теории струн. Несмотря на эти проблемы, исследования в этой области продолжаются, и многие ученые считают, что они могут стать ключом к объединению физики.

Области применения

Теория струн применяется в таких областях, как физика высоких энергий, космология и теоретическая физика. Это также имеет значение для физики элементарных частиц и квантовой гравитации. Кроме того, он использовался для изучения физики черных дыр и их энтропии.

С одной стороны, теория струн может решить некоторые из самых фундаментальных вопросов физики, такие как примирение между общей теорией относительности и квантовой механикой. Его философия поддерживает существование множества измерений и параллельных вселенных, что стало одной из самых активных областей исследований в теоретической космологии.

С другой стороны, гипотеза, на которой основана эта модель, также привела к большому количеству достижений в физике. помимо космологии, например, в теории конденсированного состояния и квантовой информации, среди прочего поля.

Космология — одна из областей, в которых теория струн в последние десятилетия принимала активное участие.