Kaj je teorija strun in kako je definirana?

Evelyn Maitee Marin
Industrijski inženir, magister fizike in EdD

Teorija strun je fizikalni pristop, ki poskuša združiti teorijo splošne relativnosti in kvantne mehanike v en sam model, ki vsebuje in opisuje vse temeljne sile narave. V tej teoriji osnovni delci niso točkasti delci, kot kaže standardni model fizike, temveč predstavljajo "strune" ali "filamente" neskončno majhne dimenzije, ki vibrirajo v prostor čas.

Ime teorije temelji na predpostavki, da so temeljni delci enodimenzionalni objekti, ki so spominjajo na strune, ki nihajo na različnih frekvencah, kar določa maso in vrsto delca, ki predstavljati.

Ta teorija je nastala v poznih šestdesetih letih in jo je razvilo več fizikov, med njimi Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonard Susskind, John H. Med drugim Schwarz in Michael Green. Vendar pa sta glavne publikacije okoli leta 1974 začela ustvarjati Jöel Scherk in John Henry Schwarz. Omenjeni znanstveniki so iskali način, kako združiti teorijo splošne relativnosti in kvantno mehaniko ter prišel na idejo, da so osnovni delci pravzaprav strune, ki vibrirajo v prostoru-času in ne delci točen. V naslednjih desetletjih je bila teorija strun predmet številnih polemik in razprav v znanstveni skupnosti.

Osnova teorije strun je ideja, da so vsa materija in temeljne sile v vesolju rezultat nihanja teh strun.

Značilnosti

Nekatere značilnosti in premise teorije strun vključujejo:

• Elementarni delci so pravzaprav enodimenzionalne strune, ki vibrirajo v prostoru-času.

• Lastnosti teh strun (kot sta njihova dolžina in napetost) določajo lastnosti delcev, ki jih ustvarjajo.

• Različni načini nihanja teh strun bi lahko pojasnili obstoj vseh znanih osnovnih delcev, vključno z bozoni in fermioni.

• Vključuje več zunajprostorskih dimenzij, poleg štirih dimenzij, ki jih doživljamo v vsakdanji realnosti.

Ta teorija, ali nekateri znanstveniki jo imenujejo hipoteza, temelji na matematičnih modelih, ki so so izjemno zapleteni in izhajajo iz kvantne mehanike, splošne teorije relativnosti, diferencialne geometrije in topologijo.

Pomembno je omeniti, da so ti koncepti, ki so povezani s teorijo, še naprej predmet raziskav, zato je možno, da uporabljeni matematični modeli in enačbe se spreminjajo z novimi odkritji in novimi raziskovanje.

Teorija strun ne zagotavlja popolne razlage izvora vesolja, saj se bolj osredotoča na temeljno naravo realnosti in osnovnih delcev. Vendar pa je do neke mere združljiva s teorijo velikega poka pri razlagi pojavov, kot je kozmična inflacija, ki je obdobje pospešenega širjenja, ki se je zgodilo v zgodnjih trenutkih vesolja, in nastajanje velikih struktur lestvica.

Izzivi in ​​kritike

Teorija strun je bila skozi leta predmet številnih kritikov in obrekovalcev, nekateri argumenti pa se nanašajo na naslednje vidike:

• Pomanjkanje empiričnih dokazov: kljub desetletjem raziskav teorija strun še vedno nima dovolj empiričnih dokazov, ki bi potrdili njeno verodostojnost.

• matematična kompleksnost: Ta teorija je z matematičnega vidika izjemno zapletena, zato jo večina ljudi težko razume.

• nesorazmernost: je nesorazmerljiv s standardno fiziko, kar pomeni, da poskusov ni mogoče izvajati za primerjavo in ugotavljanje odnosov med obema teorijama.

• multiverzumi: njegova osnova implicira obstoj več vesoljev in nekateri ljudje težko sprejmejo to idejo.

• Težave pri napovedovanju: Teorijo strun je zaradi njene zapletenosti težko uporabiti za natančne napovedi fizikalnih pojavov, ki jih je mogoče opazovati.

To je le nekaj kritik in pomanjkljivosti, ki so bile izražene proti teoriji strun. Kljub tem izzivom se raziskave na tem področju nadaljujejo in mnogi znanstveniki verjamejo, da bi lahko imeli ključ do poenotenja fizike.

Področja uporabe

Teorija strun se uporablja na področjih, kot so fizika visokih energij, kozmologija in teoretična fizika. Ima tudi posledice za fiziko delcev in kvantno gravitacijo. Poleg tega je bil uporabljen za preučevanje fizike črnih lukenj in njihove entropije.

Po eni strani lahko teorija strun reši nekatera najbolj temeljna vprašanja v fiziki, kot je sprava med splošno teorijo relativnosti in kvantno mehaniko. Njegova filozofija podpira obstoj več dimenzij in vzporednih vesolj, kar je postalo eno najaktivnejših področij raziskovanja v teoretični kozmologiji.

Po drugi strani pa je hipoteza, na kateri temelji ta model, privedla tudi do velikega števila napredkov v fiziki več onkraj kozmologije, kot na primer v teoriji kondenzirane snovi in ​​kvantnih informacij, med drugim polja.

Kozmologija je eno od področij, kjer ima teorija strun pomembno vlogo v zadnjih desetletjih.