Hvad er Superstrings?

Superstrings, eller superstringsteori, er et spændende felt inden for fysik, som undertiden kaldes The Theory of Everything . Det antages af mange at være den undvigende samlende forklaring, som Einstein søgte, og som kunne redegøre for alle kendte kræfter i universet.

Indtil superstringer 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 temmelig massiv skala. Den beskriver rumtid som et stof, som er fordrejet af masse, der tegner sig for orbitalsystemer, galakser og tyngdekraften. Men disse love bryder sammen på kvantniveauet, hvor en subatomær partikel ikke kan måles med hensyn til dens nøjagtige placering i rummet på et givet tidspunkt. Det er også sandsynligt, at den bevæger sig tilbage i tiden, som den er at bevæge sig fremad, og kan endda se ud til at være to steder samtidig. En uendelig lille verden er så bizar, at forskere opfandt udtrykket "kvanteunderlige" for at beskrive det.

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

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

Den måde, hvorpå strenge vibrerer, bestemmer de specifikke egenskaber for hver enkelt partikel, ligesom universet sammenlignes med en kosmisk symfoni af superstringer. Men for at fjerne teorien om matematiske anomalier, var seks ekstra dimensioner nødvendige. De seks ekstra dimensioner danner små, sammenviklede 6-D figurer på hvert punkt i vores rum. Inde i disse 6-D figurer er strengene i superstringsteorien. De seks ekstra dimensioner plus vores tre betød, at der virkelig var 9 dimensioner. Tilføj en mere til tiden , og det samlede beløb var 10 dimensioner. Så overraskende som dette var det ikke slutningen.

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

Selvom standardmodellen fra 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 superstringer omfattede den sværagtige tyngdekraft, hviskende om fysikens hellige gral. Hvis en masseløs hypotetisk partikel, der er ansvarlig for at overføre tyngdekraften - gravitonet - findes på kvantniveauet som en lukket streng , ville dette præsentere en direkte gravitationsforbindelse til teorien om superstringer.

Teorien forudsiger, at strenge kan være åbne eller lukkede. Åbne strenge, eller strenge, der ligner små viskende hår, har mindst et slutpunkt "fastgjort" til membranen, ligesom en trolley-bil er fastgjort ved et topkabel til en elektrisk ledning. Strenge kan bevæge sig gennem kloden, men kan ikke forlade den, hvilket forklarer, hvorfor vi ikke fysisk kan se ud af eller nå ud af vores dimension. Atomer, der udgør vores kroppe, er sammensat af åbne strenge, der har knyttet endepunkter til vores 3D-membran. En anden måde at se på det er at overveje en filmskærm. Mennesker på en skærm ser ud til at være tredimensionelle, men de kan faktisk ikke nå frem fra skærmen til vores 3D-verden. De sidder fast i deres 2-D verden, ligesom vi sidder fast i vores 3D-verden og ikke kan nå ud til nabodimensionerne. Forskere omtaler dette som frihedsgrader .

Men gravitonet er anderledes. Som en lukket streng eller løkke uden tilknyttede endepunkter blev det teoretiseret, at det muligvis kunne undslippe vores 3D-klip og sive ind i andre dimensioner. Dette vil forklare, hvorfor tyngdekraften er mange gange svagere end de andre kræfter.

Men hvad nu hvis det inverse var sandt? Hvad hvis tyngdekraften på en parallel bran er lige så stærk som de andre kræfter, men er svagere her, fordi den kun lækker ind i vores dimension? Matematisk virkede teorien om superstringer igen smukt og til sidst fremsatte en plausibel forklaring på tyngdekraftens svaghed, mens den forenes 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, der rejser sammen i et tog, behandlede dette emne tilfældigt. En af dem stillede spørgsmålet: Hvad ville der ske, hvis to klodser kolliderede? Det plausible matematiske svar viste sig at være Big Bang.

Forringere af teorien om superstringer peger på manglende bevis og vanskelighederne med at give den. Er det bare en smuk matematisk konstruktion? En filosofi? Eller en sand 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 branier og parallelle universer - har været et vigtigt klæbepunkt.

Ikke desto mindre er troende på den elegante teori ivrige efter at se den bevist, og forskere har siden fundet, at der kan være et synligt bevis på astronomisk store strenge. Således fortsætter teorien om superstringer at vinde grund. I sidste ende, hvis det lykkes, fra 11 dimensioner til parallelle universer, fra de hvirvlende galakser til kvantesuppe, kan superstringer virkelig virkelig være The Theory of Everything .