Що таке теорія струн і як вона визначається?

Евелін Мейті Марін
Промисловий інженер, магістр фізики та освіта

Теорія струн — це фізичний підхід, який намагається примирити теорію загальної відносності та квантової механіки в єдину модель, яка містить і описує всі фундаментальні сили природи. У цій теорії елементарні частинки не є точковими, як вказує стандартна модель фізики, а радше представляють «струни» або «нитки» нескінченно малого розміру, які вібрують у простір час.

Назва теорії заснована на припущенні, що фундаментальні частинки є одновимірними об'єктами, які нагадують струни, які коливаються на різних частотах, що визначає масу та тип частинки, яка представляють.

Ця теорія виникла приблизно в кінці 1960-х років і була розроблена кількома фізиками, включаючи Габріеле Венеціано, Йоітіро Намбу, Леонарда Саскінда, Джона Х. Шварц і Майкл Грін, серед інших. Однак основні публікації почали генерувати Джоель Шерк і Джон Генрі Шварц приблизно в 1974 році. Вищезгадані вчені шукали спосіб узгодити теорію загальної відносності та квантову механіку, і прийшов до ідеї, що елементарні частинки насправді є струнами, що вібрують у просторі-часі, а не частинками пунктуальний. Протягом наступних десятиліть теорія струн була предметом багатьох суперечок і дебатів у науковому співтоваристві.

Основою теорії струн є ідея про те, що вся матерія та фундаментальні сили у Всесвіті є результатом вібрації цих струн.

характеристики

Деякі характеристики та передумови теорії струн включають:

• Елементарні частинки насправді є одновимірними струнами, які коливаються в просторі-часі.

• Характеристики цих струн (такі як їх довжина та натяг) визначають властивості частинок, які вони генерують.

• Різні режими коливань цих струн могли б пояснити існування всіх відомих елементарних частинок, включаючи бозони та ферміони.

• Він включає численні позапросторові виміри, на додаток до чотирьох вимірів, які ми відчуваємо в повсякденній реальності.

Ця теорія, або яку деякі вчені називають гіпотезою, базується на математичних моделях, які є надзвичайно складні і виводяться з квантової механіки, загальної теорії відносності, диференціальної геометрії та топологія.

Важливо відзначити, що ці концепції, які пов'язані з теорією, продовжують бути предметом дослідження, і, отже, можливо, що використовувані математичні моделі та рівняння змінюються в міру того, як робляться нові відкриття та робляться нові дослідження.

Теорія струн не дає повного пояснення походження Всесвіту, оскільки вона більше зосереджена на фундаментальній природі реальності та елементарних частинок. Проте вона певною мірою сумісна з теорією Великого вибуху для пояснення таких явищ, як космічна інфляція, яка це період прискореного розширення, який стався на ранніх етапах існування Всесвіту, і формування великомасштабних структур масштаб.

Виклики та критика

Протягом багатьох років теорія струн була предметом багатьох критиків і недоброзичливців, і деякі аргументи стосуються таких аспектів:

• Відсутність емпіричних доказів: незважаючи на десятиліття досліджень, теорія струн все ще не має достатньо емпіричних доказів, щоб підтвердити її правдивість.

• математична складність: Ця теорія надзвичайно складна з математичної точки зору, що ускладнює її розуміння більшості людей.

• несумірність: неспівмірна зі стандартною фізикою, що означає, що не можна проводити експерименти для порівняння та встановлення зв’язків між двома теоріями.

• мультивсесвіти: його основа передбачає існування кількох всесвітів, і деяким людям важко прийняти цю ідею.

• Складно робити прогнози: через її складність теорію струн важко використовувати для точного прогнозування спостережуваних фізичних явищ.

Це лише деякі з критики та недоліків, які висуваються проти теорії струн. Незважаючи на ці проблеми, дослідження в цій галузі тривають, і багато вчених вважають, що це може стати ключем до об’єднання фізики.

Сфери застосування

Теорія струн застосовується в таких галузях, як фізика високих енергій, космологія та теоретична фізика. Це також має значення для фізики елементарних частинок і квантової гравітації. Крім того, його використовували для вивчення фізики чорних дір та їхньої ентропії.

З одного боку, теорія струн може вирішити деякі з найбільш фундаментальних питань у фізиці, як-от узгодження загальної теорії відносності з квантовою механікою. Його філософія підтримує існування кількох вимірів і паралельних всесвітів, що стало одним із найактивніших напрямів дослідження в теоретичній космології.

З іншого боку, гіпотеза, на якій базується ця модель, також призвела до великої кількості досягнень у фізиці. за межі космології, наприклад, у теорії конденсованої матерії та квантової інформації, серед інших поля.

Космологія є однією з областей, де теорія струн брала значну участь в останні десятиліття.