Hvad er supersstrings?

Superstrings, eller SuperString Theory, er et spændende fysikfelt, som undertiden kaldes teorien om alt . Det menes af mange at være den undvigende samlende forklaring, som Einstein søgte, der kunne tage højde for alle kendte kræfter i universet.

Indtil superstrings fulgte, havde forskere to modsatte teorier for, hvordan naturlovene opførte sig: Einsteins generelle teori om relativitet og kvantemekanik.

Generel relativitet forklarer verden, som vi kender den i en ret massiv skala. Den beskriver rumtid som et stof, der er fordrejet af massemæssig bogføring for orbitalsystemer, galakser og tyngdekraften. Men disse love bryder sammen på kvanteniveau, hvor en subatomisk partikel ikke kan måles med hensyn til dens nøjagtige position i rummet på et givet tidspunkt. Det er også lige så sandsynligt, at det bevæger sig bagud i tiden som det er at komme videre og kan endda se ud til at være to steder samtidigt. Verden af ​​den uendelige lille er så bisarr, forskere opfandt udtrykket "Quantum underlighed "at beskrive det.

Problemet for fysikere var at komme med en teori, der ville forene verden, som vi kender med kvanteverdenen. En forklaring til at redegøre for alle fire kendte kræfter: tyngdekraften, de stærke og svage nukleare kræfter og elektromagnetisme. Superstrings kan være det svar.

Gennem matematiske ligninger blev det tydeligt, at den måde, vi tidligere havde tænkt på partikler på som "punkter" eller "små kugler" af energi, var unøjagtige. Disse små stoffer af stoffer opførte sig faktisk mere som vingning, vibrerende strenge . Strenge er så små, at Brian Greene, en fysiker og talsmand, forklarer, at hvis et enkelt atom var på størrelse med vores solsystem, ville en streng kun være størrelsen på et træ. Alligevel udgør strenge alle stof fra kvanteniveauet op.

Den måde strenge vibrerer bestemmer de specifikke egenskaber for hver eneste partikel, ligner uniVers til en kosmisk symfoni af superstrings. Men for at befri teorien om matematiske afvigelser var seks ekstra dimensioner nødvendige. De seks ekstra dimensioner danner små, krøllede 6-D-former på hvert tidspunkt inden for vores rum. Inde i disse 6-D-former er Superstring-teoriens strenge. De seks ekstra dimensioner plus vores tre betød, at der virkelig var 9 dimensioner. Tilføj en mere til tid , og det samlede beløb var 10 dimensioner. Så overraskende som dette var, var det ikke slutningen.

I 1995 præsenterede de forskellige teorier om superstrings en conundrum indtil m-teori forenede dem. Den eneste fangst? M-teorien krævede matematisk en 11. dimension. Dette præsenterede et nyt billede af strenge, hvor en streng, der blev givet nok energi, kunne strække sig til at blive en ekstremt stor flydende membran, kaldet en brane for kort. Branes kan have forskellige dimensionelle egenskaber og vokse så store som et univers. Faktisk eksisterer hele hele vores univers på en flydende bran -- Bare en af ​​flere flydende Branes, der hver støtter deres eget parallelle univers. Hver bran repræsenterer en skive af et højere dimensionelt rum eller bulk .

Selvom standardmodellen i 1970'erne allerede forenede tre af de fire kræfter i en samlet teori, kunne tyngdekraften ikke forenes med de tre kvantekræfter. Men et gennembrud i superstrings omfattede den undvigende tyngdekraft og hviskede af den hellige fysikgral. Hvis en masseløs hypotetisk partikel, der er ansvarlig for transmission af tyngdekraften - graviton - findes på kvanteniveau som en lukket streng , ville dette give et direkte gravitationslink til teorien om superstrings.

Teorien forudsiger, at strenge kan være åben eller lukket. Åbne strenge eller strenge, der ligner små vrikende hår, har mindst et slutpunkt "fastgjort" til membranen, som en vognbil er fastgjort med et topkabel til en elektrisk linje. Strenge kan bevæge sig gennem branen, men kan ikke Leave det, forklarer, hvorfor vi ikke fysisk kan se ud af eller nå ud af vores dimension. Atomerne, der udgør vores kroppe, er sammensat af åbne strenge, der har fastgjort slutpunkter til vores 3-D-membran. En anden måde at se på det er at overveje en filmskærm. Mennesker på en skærm ser ud til at være tredimensionel, men de kan faktisk ikke nå ud af skærmen ind i vores 3D-verden. De sidder fast i deres 2-D-verden, ligesom vi sidder fast i vores 3D-verden og kan ikke nå ud til nærliggende dimensioner. Forskere refererer til dette som frihedsgrader .

men graviton er anderledes. Som en lukket streng eller loop uden vedhæftede slutpunkter blev det teoretiseret, at det muligvis kunne undslippe vores 3-D Brane og sive ind i andre dimensioner. Dette ville forklare, hvorfor tyngdekraften er mange gange svagere end de andre kræfter.

Hvad hvis inverse var sandt? Hvad hvis tyngdekraft på en parallel brane er lige så stærk som de andre kræfter, men er svagere her, fordi det kun lækker intO vores dimension? Matematisk fungerede teorien om supersstrings igen smukt og fremsatte til sidst en plausibel forklaring på tyngdekraften svaghed, mens den forenede den med de andre tre kræfter.

Der var kun en hindring tilbage: Den samlende teori skulle også være i stand til at forklare Big Bang. Fire fysikere rejste sammen på et tog, der tilfældigt tacklede dette emne. En af dem fremsatte spørgsmålet, hvad ville der ske, hvis to Branes kolliderede? Det plausible matematiske svar viste sig at være Big Bang.

Fornedringere af overensstemmelsens teori peger på manglende bevis og vanskeligheden med at give den. Er det bare en smuk matematisk konstruktion? En filosofi? Eller en ægte forklaring af vores verden? Ingen anden teori er kommet tæt på matematisk at forene alle fire kræfter, meget mindre derudover giver en forklaring på Big Bang. Men at bevise, at der findes andre dimensioner - flydende braner og parallelle universer - har været en stor sticking punkt.

Ikke desto mindre er troende på den elegante teori ivrige efter at se den bevist, og forskere har siden fundet, at der kan være observerbart bevis for astronomisk store strenge. Teorien om superstrings fortsætter således med at vinde grund. I sidste ende, hvis det lykkes, fra 11 dimensioner til parallelle universer, fra de hvirvlende galakser til kvantesuppe, kan superstrings muligvis bare være teorien om alt .