ทฤษฎีสตริงคืออะไรและนิยามอย่างไร

เอเวลิน ไมตี มาริน
วิศวกรอุตสาหการ, ปริญญาโทสาขาฟิสิกส์ และ กศ.ด

ทฤษฎีสตริงเป็นวิธีการทางกายภาพที่พยายามกระทบยอดทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป กลศาสตร์ควอนตัมเป็นแบบจำลองเดียวที่มีและอธิบายแรงพื้นฐานทั้งหมดของ ธรรมชาติ. ในทฤษฎีนี้ อนุภาคมูลฐานไม่ใช่อนุภาคแบบจุด ตามที่ระบุโดยแบบจำลองมาตรฐานของ ฟิสิกส์ แต่เป็นตัวแทนของ "สตริง" หรือ "เส้นใย" ของมิติที่เล็กที่สุดที่สั่นสะเทือนใน เวลาในอวกาศ

ชื่อของทฤษฎีตั้งอยู่บนสมมติฐานที่ว่าอนุภาคมูลฐานเป็นวัตถุหนึ่งมิตินั่นคือ คล้ายสายซึ่งสั่นด้วยความถี่ต่างๆ กัน ซึ่งกำหนดมวลและชนิดของอนุภาคที่ แทน.

ทฤษฎีนี้เกิดขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1960 และได้รับการพัฒนาโดยนักฟิสิกส์หลายคน รวมถึง Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonard Susskind, John H. Schwarz และ Michael Green และอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม สิ่งพิมพ์หลักเริ่มสร้างโดย Jöel Scherk และ John Henry Schwarz ประมาณปี 1974 นักวิทยาศาสตร์ดังกล่าวข้างต้นกำลังมองหาวิธีที่จะกระทบยอดทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม และ มาถึงแนวคิดที่ว่าอนุภาคมูลฐานแท้จริงแล้วเป็นสายที่สั่นในกาลอวกาศแทนที่จะเป็นอนุภาค ตรงต่อเวลา. ในช่วงหลายทศวรรษต่อมา ทฤษฎีสตริงเป็นหัวข้อของการโต้เถียงและถกเถียงกันอย่างมากในชุมชนวิทยาศาสตร์

พื้นฐานของทฤษฎีสตริงคือแนวคิดที่ว่าสสารและแรงพื้นฐานทั้งหมดในจักรวาลเป็นผลมาจากการสั่นสะเทือนของสตริงเหล่านี้

ลักษณะเฉพาะ

ลักษณะและเหตุผลบางประการของทฤษฎีสตริง ได้แก่ :

• อนุภาคมูลฐานเป็นสายอักขระหนึ่งมิติที่สั่นสะเทือนในกาลอวกาศ

• ลักษณะของเชือกเหล่านี้ (เช่น ความยาวและความตึง) กำหนดคุณสมบัติของอนุภาคที่สร้าง

• โหมดการสั่นที่แตกต่างกันของสายเหล่านี้สามารถอธิบายการมีอยู่ของอนุภาคมูลฐานที่รู้จักทั้งหมด รวมทั้งโบซอนและเฟอร์มิออน

• มันเกี่ยวข้องกับมิติพิเศษเชิงพื้นที่หลายมิติ นอกเหนือไปจากสี่มิติที่เราพบในความเป็นจริงในชีวิตประจำวันของเรา

ทฤษฎีนี้หรือเรียกโดยนักวิทยาศาสตร์บางคนว่า สมมติฐาน ขึ้นอยู่กับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่มี ซับซ้อนมากและมาจากกลศาสตร์ควอนตัม ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ และ โทโพโลยี

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าแนวคิดเหล่านี้ที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎียังคงเป็นหัวข้อของการวิจัย ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่า แบบจำลองทางคณิตศาสตร์และสมการที่ใช้ได้รับการแก้ไขเมื่อมีการค้นพบใหม่และสร้างสิ่งใหม่ วิจัย.

ทฤษฎีสตริงไม่ได้ให้คำอธิบายที่สมบูรณ์เกี่ยวกับการกำเนิดของเอกภพ เนื่องจากทฤษฎีนี้มุ่งเน้นไปที่ธรรมชาติพื้นฐานของความเป็นจริงและอนุภาคมูลฐานมากกว่า อย่างไรก็ตาม มันเข้ากันได้กับทฤษฎีบิกแบงในระดับหนึ่ง ในการอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การพองตัวของจักรวาล ซึ่ง เป็นช่วงของการขยายตัวอย่างเร่งที่เกิดขึ้นในช่วงแรกของจักรวาลและการก่อตัวของโครงสร้างขนาดใหญ่ มาตราส่วน.

ความท้าทายและการวิจารณ์

ทฤษฎีสตริงเป็นหัวข้อของนักวิจารณ์และผู้คัดค้านจำนวนมากในช่วงหลายปีที่ผ่านมา และข้อโต้แย้งบางส่วนเกี่ยวข้องกับประเด็นต่อไปนี้:

• ขาดหลักฐานเชิงประจักษ์: แม้จะมีการวิจัยมาหลายทศวรรษ ทฤษฎีสตริงก็ยังไม่มีหลักฐานเชิงประจักษ์เพียงพอที่จะยืนยันความจริงของมัน

• ความซับซ้อนทางคณิตศาสตร์: ทฤษฎีนี้ซับซ้อนมากจากมุมมองทางคณิตศาสตร์ ซึ่งทำให้คนส่วนใหญ่เข้าใจได้ยาก

• ความไม่เท่ากัน: เทียบไม่ได้กับฟิสิกส์มาตรฐาน ซึ่งหมายความว่าไม่สามารถทำการทดลองเพื่อเปรียบเทียบและสร้างความสัมพันธ์ระหว่างสองทฤษฎีได้

• ลิขสิทธิ์: รากฐานของมันบ่งบอกถึงการมีอยู่ของหลายจักรวาลและเป็นเรื่องยากสำหรับบางคนที่จะยอมรับแนวคิดนี้

• คาดเดาได้ยาก: เนื่องจากความซับซ้อน ทฤษฎีสตริงจึงเป็นเรื่องยากที่จะใช้เพื่อคาดการณ์ที่แม่นยำเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางกายภาพที่สังเกตได้

นี่เป็นเพียงคำวิจารณ์และข้อเสียบางส่วนที่เทียบเคียงกับทฤษฎีสตริง แม้จะมีความท้าทายเหล่านี้ การวิจัยในพื้นที่นี้ยังดำเนินต่อไป และนักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่ามันสามารถเป็นกุญแจสำคัญในการรวมฟิสิกส์ให้เป็นหนึ่งเดียว

สาขาการสมัคร

ทฤษฎีสตริงถูกนำไปใช้ในสาขาต่างๆ เช่น ฟิสิกส์พลังงานสูง จักรวาลวิทยา และฟิสิกส์เชิงทฤษฎี นอกจากนี้ยังมีนัยของฟิสิกส์ของอนุภาคและแรงโน้มถ่วงควอนตัม นอกจากนี้ยังถูกใช้เพื่อศึกษาฟิสิกส์ของหลุมดำและเอนโทรปีของหลุมดำ

ในแง่หนึ่ง ทฤษฎีสตริงสามารถแก้ปัญหาบางคำถามพื้นฐานที่สุดในฟิสิกส์ได้ เช่น การประนีประนอมระหว่างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม ปรัชญาของเขาสนับสนุนการดำรงอยู่ของหลายมิติและเอกภพคู่ขนาน ซึ่งกลายเป็นหนึ่งในสาขาการวิจัยที่มีการเคลื่อนไหวมากที่สุดในจักรวาลวิทยาเชิงทฤษฎี

ในทางกลับกัน สมมติฐานที่เป็นฐานของแบบจำลองนี้ยังได้นำไปสู่ความก้าวหน้าทางฟิสิกส์อีกมากมาย นอกเหนือจากจักรวาลวิทยา เช่น ในทฤษฎีของสสารควบแน่นและข้อมูลควอนตัม เป็นต้น เขตข้อมูล

จักรวาลวิทยาเป็นหนึ่งในสาขาที่ทฤษฎีสตริงมีส่วนร่วมอย่างมากในทศวรรษที่ผ่านมา