Vad är strängteori och hur definieras den?

Evelyn Maitee Marin
Industriingenjör, MSc i fysik och EdD

Strängteori är ett fysiskt tillvägagångssätt som försöker förena teorin om allmän relativitet och kvantmekanik till en enda modell som innehåller och beskriver alla grundläggande krafter av natur. I denna teori är elementarpartiklar inte punktpartiklar, vilket framgår av standardmodellen för fysik, utan snarare representerar "strängar" eller "filament" av oändligt liten dimension som vibrerar i rum tid.

Namnet på teorin bygger på antagandet att fundamentala partiklar är endimensionella objekt som är liknar strängar som oscillerar vid olika frekvenser, vilket bestämmer massan och typen av partikel som representera.

Denna teori har sitt ursprung i slutet av 1960-talet och utvecklades av flera fysiker, inklusive Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonard Susskind, John H. Schwarz och Michael Green med flera. De viktigaste publikationerna började dock genereras av Jöel Scherk och John Henry Schwarz runt 1974. De tidigare nämnda forskarna letade efter ett sätt att förena teorin om allmän relativitet och kvantmekanik, och kom till idén att elementarpartiklar faktiskt var strängar som vibrerade i rum-tid snarare än partiklar punktlig. Under de efterföljande decennierna har strängteori varit föremål för mycket kontrovers och debatt i det vetenskapliga samfundet.

Grunden för strängteorin är idén att all materia och fundamentala krafter i universum är resultatet av dessa strängars vibrationer.

Egenskaper

Några av egenskaperna och premisserna för strängteorin inkluderar:

• Elementarpartiklar är faktiskt endimensionella strängar som vibrerar i rum-tid.

• Dessa strängars egenskaper (såsom deras längd och spänning) bestämmer egenskaperna hos de partiklar som de genererar.

• De olika oscillationssätten för dessa strängar kan förklara förekomsten av alla kända elementarpartiklar, inklusive bosoner och fermioner.

• Det involverar flera extraspatiala dimensioner, utöver de fyra dimensioner vi upplever i vår vardagliga verklighet.

Denna teori, eller av vissa forskare kallad hypotes, är baserad på matematiska modeller som är extremt komplexa och är härledda från kvantmekanik, allmän relativitetsteori, differentialgeometri och topologin.

Det är viktigt att notera att dessa begrepp som är förknippade med teorin fortsätter att vara föremål för forskning och därför är det möjligt att de matematiska modellerna och ekvationerna som används modifieras när nya upptäckter görs och nya görs forskning.

Strängteorin ger inte en fullständig förklaring av universums ursprung, eftersom den fokuserar mer på verklighetens grundläggande natur och elementarpartiklar. Det är dock till viss del förenligt med Big Bang-teorin, när det gäller att förklara fenomen som kosmisk inflation, som är en period av accelererad expansion som inträffade i universums tidiga ögonblick och bildandet av storskaliga strukturer skala.

Utmaningar och kritik

Strängteori har varit föremål för många kritiker och belackare under åren, och några av argumenten relaterar till följande aspekter:

• Brist på empiri: Trots årtionden av forskning har strängteorin fortfarande inte tillräckligt med empiriska bevis för att bekräfta dess sanning.

• matematisk komplexitet: Denna teori är extremt komplex ur en matematisk synvinkel, vilket gör det svårt för de flesta att förstå.

• inkommensurabilitet: är injämförbar med standardfysik, vilket innebär att experiment inte kan utföras för att jämföra och etablera samband mellan de två teorierna.

• multiversum: dess grund innebär att det finns flera universum och det är svårt för vissa människor att acceptera denna idé.

• Svårt att göra förutsägelser: På grund av dess komplexitet är strängteorin svår att använda för att göra exakta förutsägelser om observerbara fysiska fenomen.

Detta är bara några av de kritik och nackdelar som har riktats mot strängteorin. Trots dessa utmaningar fortsätter forskningen på detta område, och många forskare tror att det kan innehålla nyckeln till att förena fysiken.

Användningsområden

Strängteori tillämpas inom områden som högenergifysik, kosmologi och teoretisk fysik. Det har också konsekvenser för partikelfysik och kvantgravitation. Dessutom har den använts för att studera fysiken hos svarta hål och deras entropi.

Å ena sidan kan strängteorin lösa några av de mest grundläggande frågorna inom fysiken, såsom försoningen mellan teorin om allmän relativitet och kvantmekanik. Hans filosofi stöder förekomsten av flera dimensioner och parallella universum, vilket har blivit ett av de mest aktiva forskningsområdena inom teoretisk kosmologi.

Å andra sidan har hypotesen som denna modell bygger på också lett till ett stort antal framsteg inom fysiken mer bortom kosmologi, såsom i teorin om kondenserad materia och kvantinformation, bland annat fält.

Kosmologi är ett av de områden där strängteorin har haft ett betydande deltagande under de senaste decennierna.