Co jsou Superstringy?

Superstringy neboli teorie superstringů jsou vzrušujícím oborem fyziky, který se někdy nazývá Teorie všeho . Mnoho lidí si myslí, že je nepolapitelným sjednocujícím vysvětlením, které Einstein hledal a které by mohlo odpovídat za všechny známé síly ve vesmíru.

Dokud nenastaly superstruny, měli vědci dvě protichůdné teorie, jak se chovaly zákony přírody: Einsteinova obecná teorie relativity a kvantová mechanika.

Obecná relativita vysvětluje svět, jak jej známe v poměrně velkém měřítku. Popisuje časoprostor jako látku pokroucenou hromadným účtováním orbitálních systémů, galaxií a gravitační síly. Tyto zákony se však rozkládají na kvantové úrovni, kde subatomickou částici nelze měřit z hlediska její přesné polohy v prostoru v daném čase. Je také pravděpodobné, že se bude pohybovat dozadu v čase, jako se bude pohybovat vpřed, a dokonce se může zdát, že je současně na dvou místech. Svět nekonečně malých je tak bizarní, že vědci vytvořili pojem „kvantová podivnost“, který jej popisuje.

Problémem pro fyziky bylo vymyslet teorii, která by spojila svět, který známe s kvantovým světem. Jedno vysvětlení odpovídá za všechny čtyři známé síly: gravitaci, silné a slabé jaderné síly a elektromagnetismus. To by mohla být superstruna.

Prostřednictvím matematických rovnic bylo zřejmé, že způsob, jakým jsme dříve mysleli na částice jako na „body“ nebo „malé kuličky“ energie, byl nepřesný. Tyto drobné kousky hmoty se chovaly spíše jako kroutící se vibrační struny . Řetězce jsou tak malé, že Brian Greene, fyzik a navrhovatel, vysvětluje, že kdyby jeden atom byl velikostí naší sluneční soustavy, řetězec by byl jen velikostí stromu. Přesto struny tvoří veškerou záležitost od kvantové úrovně.

Vibrace strun určují specifické vlastnosti každé částice a přirovnávají vesmír k kosmické symfonii superstrun. Abychom se zbavili teorie matematických anomálií, bylo potřeba dalších šest dimenzí. Šest dalších rozměrů tvoří malé, stočené 6-D tvary v každém bodě našeho prostoru. Uvnitř těchto 6-D tvarů jsou řetězce teorie superstringů. Šest dalších rozměrů plus naše tři znamenalo, že jich bylo skutečně 9. Přidejte ještě jednu na čas a celkem bylo 10 dimenzí. Jak překvapivé to bylo, nebyl to konec.

V roce 1995 různé teorie superstringů představovaly hlavolam, dokud je M-teorie nespojila. Jediný úlovek? M-teorie matematicky vyžadovala 11. dimenzi. To představovalo nový obrázek řetězců, při kterém by se při dostatečné energii mohla struna natáhnout, aby se stala extrémně velkou plovoucí membránou, zkrátka nazývanou branou . Větve mohou mít různé rozměrové vlastnosti a rostou stejně velké jako vesmír. Ve skutečnosti, podle teorie, celý náš vesmír existuje na plovoucí větvi - jen jedné z několika plovoucích bran, z nichž každá podporuje svůj vlastní paralelní vesmír. Každá brana představuje jeden plátek prostoru s většími rozměry nebo objem .

Ačkoli standardní model sedmdesátých let již sjednotil tři ze čtyř sil v jednotné teorii, gravitace nemohla být sladěna se třemi kvantovými silami. Ale průlom v superstrunách zahrnoval nepolapitelnou gravitační sílu, šeptání Svatého grálu fyziky. Pokud by bezhmotná hypotetická částice odpovědná za přenos gravitace - graviton - existovala na kvantové úrovni jako uzavřený řetězec , znamenalo by to přímé gravitační spojení s teorií superstrun.

Teorie předpovídá, že řetězce mohou být otevřené nebo uzavřené. Otevřené struny nebo struny, které se podobají malým kroutícím se chlupům, mají alespoň jeden koncový bod „připevněný“ k membráně, protože vozík vozu je připevněn horním kabelem k elektrickému vedení. Řetězce se mohou pohybovat branou, ale nemohou ji opustit, což vysvětluje, proč nemůžeme fyzicky vidět mimo naši dimenzi, ani se z ní dostat. Atomy, které tvoří naše těla, se skládají z otevřených řetězců, které mají připojené koncové body k naší 3D membráně. Dalším způsobem, jak se na to podívat, je zvážit filmovou obrazovku. Zdá se, že lidé na obrazovce jsou trojrozměrní, ale ve skutečnosti se nemohou dostat z obrazovky do našeho trojrozměrného světa. Jsou uvíznutí ve svém dvourozměrném světě, stejně jako jsme uvíznuti v našem trojrozměrném světě, a nemůžeme sáhnout do sousedních dimenzí. Vědci to označují jako stupně svobody .

Ale graviton je jiný. Jako uzavřený řetězec nebo smyčka bez připojených koncových bodů se teoretizovalo, že by mohla být schopna uniknout naší 3-D brane a prosakovat do jiných dimenzí. To by vysvětlovalo, proč je gravitace mnohokrát slabší než ostatní síly.

Co kdyby však byla inverze pravdivá? Co když je gravitace na paralelní braně stejně silná jako ostatní síly, ale je zde slabší, protože uniká pouze do naší dimenze? Matematicky, teorie superstringů, opět pracovala krásně a nakonec předložila věrohodné vysvětlení slabosti gravitace, zatímco ji spojila s ostatními třemi silami.

Zbývala jen jedna překážka: Sjednocující teorie by měla být také schopna vysvětlit Velký třesk. Čtyři fyzici, kteří cestovali společně ve vlaku, náhodně řešili toto téma. Jeden z nich položil otázku: Co by se stalo, kdyby se střetly dvě brandy? Hodnověrnou matematickou odpovědí se ukázal být Velký třesk.

Kritici teorie superstringů poukazují na nedostatek důkazů a na obtíže s jejich poskytováním. Je to jen krásný matematický konstrukt? Filozofie? Nebo skutečné vysvětlení našeho světa? Žádná jiná teorie se nepřiblížila matematickému sjednocení všech čtyř sil, mnohem méně navíc poskytující vysvětlení pro Velký třesk. Důkazem toho, že existují i ​​jiné dimenze - plovoucí otruby a paralelní vesmíry -, však bylo hlavní naléhavé místo.

Přesto věřící elegantní teorie touží po tom, aby to bylo prokázáno, a vědci od té doby zjistili, že může existovat pozorovatelný důkaz astronomicky velkých řetězců. Teorie superstrun se tak stále zvyšuje. Nakonec, pokud budou úspěšné, od 11 dimenzí k paralelním vesmírům, od vířících galaxií po kvantovou polévku, mohou být superstringy skutečně teorií všeho .