Manapság a világ tudományos képe úgy formálódik, hogy univerzumunkat két törvény szabályozza - az általános relativitáselmélet, amely magyarázza a gravitáció csodálatos munkáját, és a kvantummechanika, amely leírja az univerzum másik három kölcsönhatását (erős nukleáris, gyenge atommag és elektromágnesesség). Vedheti ezeket a törvényeket, és alkalmazhatja azokat nagy léptékű dolgokra - bolygókra, galaxisokra, majd a legkisebb léptékre - protonokra és neutronokra. De miért tett a természet két különálló törvénykészletet az univerzum számára?
A felső zsinór elmélete két kérdés megválaszolására tett kísérlet: Van-e mód az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika összekapcsolására, hogy "mindent elméletet" hozzunk létre? Miből áll ez az egész?
Szuperstring elmélet
Arra gondoltuk, hogy az élet építőelemei atomok, az anyag legkisebb alkotóelemei. De aztán megütöttük az atomokat és olyan elemi részecskéket találtunk, amelyek olyan kicsik, hogy egy bizonyos módon történő megváltoztatás nélkül sem láthatjuk őket. Valaki látásához először a fényre van szükség, hogy lepattanjon a tárgyról, és megütötte a szemünket, és így alkotja a képet. A fény elektromágneses hullámokból áll, amelyek szabadon haladnak át az elemi részecskéken. Ezeket a hullámokat sűrűbbé tehetjük, energiát adhatunk hozzájuk, hogy eltalálják a részecskéket, és láthatjuk őket, de amint valami eléri a részecskét, megváltozik, így nem láthatjuk eredeti állapotában. Fogalmunk sincs, hogy néz ki az elemi részecskék. A sötét energiához, a sötét anyaghoz hasonlóan ezeket a jelenségeket sem közvetlenül megfigyelhetjük, de okunk van hinnihogy léteznek.
Ezeket a részecskéket a térbeli pontoknak tekintjük, bár valójában nem. Minden hátránya, hogy ez a módszer - a kvantummechanikai ötlet, amely szerint az erőket részecskék hordozzák - nagyon jó képet ad nekünk az univerzumról, és olyan áttörésekhez vezet, mint kvantumoldószerek és mágneses lebegtető vonatok. Maga az általános relativitáselmélet is jó idő próbája, megmagyarázva a neutroncsillagokat és a Merkúr keringési rendellenességeit, megjósolva a fekete lyukakat és az íves fényt. De az általános relativitáselmélet egyenletei sajnos nem működnek a fekete lyuk közepén és a Nagyrobbanás előestéjén. A probléma az, hogy lehetetlen őket összehozni, mivel a gravitáció a tér és az idő geometriájához kapcsolódik, amikor a távolságot pontosan mérik, de a kvantumvilágban nincs mód semmire.
Amikor a tudósok megpróbáltak egy új részecskét kitalálni, amely a kvantummechanikával feleségül veszi a gravitációt, matematikájuk egyszerűen kudarcot vallott.
Bizonyos értelemben vissza kellett mennem a táblára. Ezért a tudósok azt sugallták, hogy az univerzum legkisebb alkotóelemei nem pontok, hanem húrok. A húrok különböző rezgései különböző elemi részecskéket hoznak létre, például kvarkokat. A vibráló húrok alkothatják az összes anyagot és az univerzum mind a négy erőt - ideértve a gravitációt is.
Promóciós videó:
Magasabb méretek
A felsőhúzó elméletnek problémája van. Nem működik, ha feltételezzük, hogy csak három térbeli dimenzió és egy időbeli dimenzió létezik. A húros elmélet megköveteli, hogy legalább tíz dimenziót játsszon.
Amikor a GR-et először megfogalmazták, a gravitáció eltorzította a helyet és az időt, hogy leírja ezt az erőt. Ezért, ha valaki más erőt, például elektromágnesességet akar leírni, új dimenziót kell felvennie. A tudósok egyenleteket írtak, amelyek leírják az univerzum görbéit és hibáit egy extra dimenzióval, és megkapják az eredeti elektromágneses egyenletet. Csodálatos felfedezés.
A húr-elmélet extra dimenziói segíthetnek megmagyarázni, miért vannak a világegyetemben lévő számok olyan kalibráltak, hogy lehetővé teszik minden létezését. Például, miért van a fénysebesség 299 792 458 méter másodpercenként? Megpróbálják megválaszolni a gravitáció kérdését is - miért olyan gyenge ez az erő? Ez a négy alapvető kölcsönhatás közül a leggyengébb: 1040-szer gyengébb, mint az elektromágneses erő. Elegendő egyszerűen meghajolni, és felemelni a könyvet a padlóról, hogy ellenálljon. Elméletileg ez azért van, mert a gravitáció magasabb dimenziókba jut. A gravitáció zárt hurkú szálakból áll, amelyek lehetővé teszik méretének elhagyását, szemben a jobban földelt nyitott szálakkal.
Miért nem látjuk ezeket a dimenziókat?
Mivel olyan kicsi szinten léteznek, hogy láthatatlanok számunkra és meghiúsítják az észlelést. Kompakt állapotban vannak felszerelve, oly módon, hogy reprodukálják világunk fizikáját, érdekes Calabi-Yau alakzatokba hajtogatva. A Calabi Yau különböző formái eltérő húr rezgéseket és nagyon különböző univerzumokat tesznek lehetővé.
Még tesztelhetünk állítólag több univerzumot. Mivel feltételezzük, hogy a gravitáció magasabb méretekbe szivárog be, kevesebb időnek kell lennie két részecske ütközésének, mint az ütközés előtt. De még a legkedvezőbb körülmények között is valami ilyen tesztelése hihetetlenül nehéz, megkísérelhetetlen.
A vonós elmélet számítását 10 vagy 11 dimenziójú szimulált univerzumokban végezzük, ahol a matematika működik. A tudósok ezután megpróbálják kitörölni a kiegészítő dimenziókat, de eddig senkinek sem sikerült leírni az univerzumunkat vagy kidolgozni egy kísérletet az elmélet bizonyítására. Ez azonban nem azt jelenti, hogy nincsenek alkalmazások a húr elméletre.
A húrelmélet kutatásának részeként kidolgozandó matematikai eszköz segít megérteni világegyetem részeinket. Használhatjuk az információs paradoxon, a kvantum gravitáció és a tiszta matematika néhány problémájának jobb magyarázata céljából. Egyes tudósok az elméletet számításokhoz használják a részecskefizikában vagy az anyag egzotikus állapotának megfigyelésekor.
Lehet, hogy a húros elmélet nem minden elmélete, de legalábbis valami elmélete.
Ilya Khel