Що таке теорія струн: простими словами

Що таке теорія струн: простими словами

Дізнайтеся простими словами про те, що таке теорія струн, історія її виникнення та розвитку та подальші перспективи. В чому ж полягає “теорія всього”?

Що таке теорія струн?

Теорія струн – це теорія, яка стверджує, що всі найменші частинки, від фотонів до кварків, є одновимірними струнами, а не точками. 

Крихітні вібруючі струни є основою всього.

Якби була винайдена ідеальна версія теорії струн, вона послужила б єдиною математичною моделлю для опису природи Всесвіту – “теорією всього”, яка б замінила стандартну модель фізики, що не в змозі пояснити силу тяжіння.

Що таке клонування організмів: ключові проблеми

Що таке теорія струн?
Що таке теорія струн

5 центральних ідей теорії струн

Розуміння тонкощів того, що таке теорія струн, вимагає детального вивчення. Але ознайомлення з основними елементами теорії струн дасть вам базове розуміння її основних понять.

Струни та брани: Струни – це одновимірні нитки, які бувають двох форм: відкриті струни та закриті струни. Відкритий рядок має кінці, які не з’єднуються, тоді як закритий рядок утворює замкнутий цикл. Брани (похідне від слова “мембрана”) – це подібні на аркуші предмети, до яких струни можуть кріпитися з обох кінців. Бран здатний рухатись у просторі-часі за правилами квантової механіки. 

Теорія відносності Ейнштейна: загальна, спеціальна та перший постулат

Що таке теорія струн: Струни та брани
Що таке теорія струн: Струни та брани

Додаткові просторові виміри: Фізики визнають, що наш Всесвіт містить три просторові виміри, але теоретики струн доводять модель, яка описує додаткові розміри простору. У теорії струн щонайменше шість додаткових вимірів залишаються невизначеними, оскільки вони щільно компактифіковані в складну складчасту форму, яка називається колектором Калабі-Яу. 

Шестивимірний колектор Калабі-Яу
Шестивимірний колектор Калабі-Яу

Квантова гравітація: Теорія струн – це теорія квантової гравітації, оскільки вона намагається злити квантову фізику з теорією загальної теорії відносності. Квантова фізика вивчає найдрібніші об’єкти у Всесвіті, такі як атоми та субатомні частинки, тоді як загальна теорія відносності зазвичай фокусується на об’єктах великого масштабу у Всесвіті. 

Суперсиметрія: Суперсиметріятакож відома як теорія суперструн, описує взаємозв’язок між двома типами частинок – бозонами та ферміонами. У теорії струн суперсиметрії бозон (або силова частинка) завжди має аналог-ферміон (або частинку речовини), і навпаки. 

Суперсиметрія
Суперсиметрія

Поняття суперсиметрії все ще є теоретичним, оскільки вчені ще не бачили жодної з цих частинок. Деякі фізики припускають, що це тому, що для утворення бозонів та ферміонів знадобиться неймовірно високий рівень енергії.

 Ці частинки могли існувати у ранньому Всесвіті до Великого вибуху, але потім були розбиті на частинки з нижчою енергією, що спостерігаються сьогодні. 

Великий адронний колайдер (найбільший енергетичний колайдер частинок у світі) може в певний момент генерувати достатньо енергії, щоб довести цю теорію – хоча поки що він не виявив доказів суперсиметрії. 

Великий адронний колайдер
Великий адронний колайдер

Об’єднані сили: Теоретики струн вважають, що вони можуть використовувати взаємодіючі струни, щоб пояснити, як чотири основні сили природи – сила тяжіння, електромагнітна сила, сильна ядерна сила та слабка ядерна сила – створюють єдину теорію всього. 

Коротка історія теорії струн

Наступний графік визначає віхи в розвитку теорії струн.

  • 1968 : Габріеле Венеціано, італійський фізик-теоретик, який працює в Європейській організації ядерних досліджень (CERN), використовував дані, зібрані з різних прискорювачів частинок, для формулювання основ теорії струн. Він побудував модель подвійного резонансу, зрозумівши, що може використати 200-річну формулу бета-функції Ейлера для пояснення фізичних характеристик сильно взаємодіючих частинок. 
  • 1970: Назва “теорія струн” була придумана, коли троє фізиків – Леонард Сускінд, Хольгер Нільсен і Йойчіро Намбу використали модель Венеціано, щоб припустити, що Всесвіт складається з крихітних вібруючих струн. 
  • 1971: Професор теоретичної фізики П’єр Рамдон ініціював розробку теорії суперструн, сформулювавши концепцію суперсиметрії. 
  • 1974: Японський фізик Таміакі Йонея виявив, що теорія струн містить частинку зі властивостями гравітону – квантову частинку, що несе гравітаційну силу, – і зрозумів, що теорія струн також може стати теорією гравітації. 
  • 1984: англійський фізик Майкл Грін та американський фізик Джон Шварц виявили скасування аномалії в теорії струн I типу, яка стала відома як механізм Гріна-Шварца. Ця подія ще більше пов’язала ідеї теорії струн із суперсиметрією і розпочала першу революцію суперструн. 
  • 1985: “Принстонський струнний квартет” – Девід Госс, Джеффрі Харві, Еміль Мартінець та Райан Ром – відкрив гетеротичні струни, які є закритими струнами, що є гібридами надструнної та бозонної струни. 
  • 1995 : Едвард Віттен, фізик-теоретик з Інституту перспективних досліджень в Принстоні, штат Нью-Джерсі, припустив, що п’ять різних прийнятих версій теорії струн насправді не є окремими теоріями. Віттен припустив, що це лише різні межі однієї єдиної теорії, яку Віттен назвав М-теорією. Ідея М-теорії започаткувала другу революцію суперструн.

Джерело: www.masterclass.com/

Подібні новини