Hva er SuperStrings?

SuperStrings, eller SuperString Theory, er et spennende fysikkfelt som noen ganger kalles Theory of Everything . Det antas av mange å være den unnvikende samlende forklaringen Einstein søkte som kan utgjøre alle kjente krefter i universet.

Inntil SuperStrings fulgte, hadde forskere to motstridende teorier for hvordan naturlovene oppførte seg: Einsteins generelle teori om relativitet og kvantemekanikere.

Generell relativitet forklarer verden slik vi kjenner den i en ganske massiv skala. Den beskriver romtid som et stoff som er vridd av massekonto for orbitale systemer, galakser og tyngdekraften. Men disse lovene brytes sammen på kvantenivå der en subatomisk partikkel ikke kan måles i form av sin eksakte posisjon i verdensrommet på et gitt tidspunkt. Det er også like sannsynlig å bevege seg bakover i tid som det er å komme videre, og kan til og med se ut til å være to steder samtidig. The World of the Infinitesimally Small er så bisarre, forskere myntet begrepet "Quantum rare "for å beskrive det.

Problemet for fysikere var å komme med en teori som ville forene verden som vi kjenner med kvanteverdenen. En forklaring for å redegjøre for alle de fire kjente kreftene: tyngdekraften, de sterke og svake kjernefysiske kreftene og elektromagnetismen. Superstrings kan være det svaret.

Gjennom matematiske ligninger ble det åpenbart at måten vi tidligere hadde tenkt på partikler som "punkter" eller "små baller" av energi var unøyaktig. Disse bittesmå bitene av materie oppførte seg faktisk mer som vinglende, vibrerende strenger . Strenger er så små at Brian Greene, en fysiker og talsmann, forklarer at hvis et enkelt atom var på størrelse med solsystemet vårt, ville en streng bare være på størrelse med et tre. Likevel utgjør strenger alt fra kvantenivået opp.

måten strenger vibrerer bestemmer de spesifikke egenskapene til hver eneste partikkel, og likner univers til en kosmisk symfoni av SuperStrings. Men for å kvitte seg med teorien om matematiske anomalier, var seks ekstra dimensjoner nødvendige. De seks ekstra dimensjonene danner bittesmå, krøllet opp 6-D-former på hvert punkt i vårt rom. Inne i disse 6-D formene er strengene i SuperString-teorien. De seks ekstra dimensjonene, pluss våre tre, betydde at det virkelig var 9 dimensjoner. Legg til en til for tid , og totalen var 10 dimensjoner. Så overraskende som dette var, det var ikke slutten.

I 1995 presenterte forskjellige teorier om SuperStrings et conundrum inntil m-teori forente dem. Den eneste fangsten? M-teorien krevde matematisk en 11. dimensjon. Dette presenterte et nytt bilde av strenger der en streng, gitt nok energi, kan strekke seg for å bli en ekstremt stor flytende membran, kalt en brane for kort. Braner kan ha forskjellige dimensjonale egenskaper og vokse så store som et univers. I følge teorien eksisterer faktisk hele vårt univers på en flytende bran -- Bare en av flere flytende tapper som hver støtter sitt eget parallelle univers. Hver bran representerer en skive av et høyere dimensjonalt rom eller bulk .

Selv om standardmodellen på 1970 -tallet allerede samlet tre av de fire kreftene i en enhetlig teori, kunne ikke tyngdekraften forenes med de tre kvantekreftene. Men et gjennombrudd i SuperStrings omfattet den unnvikende tyngdekraften, hvisking av fysikkens hellige gral. Hvis en masseløs hypotetisk partikkel som er ansvarlig for å overføre tyngdekraften - gravitonet - eksisterer på kvantenivå som en lukket streng , vil dette presentere en direkte gravitasjonsledd til teorien om SuperStrings.

Teorien spår at strenger kan være åpne eller lukkede. Åpne strenger, eller strenger som ligner små vinglende hår, har minst ett endepunkt "festet" til membranen som en trallebil er festet av en toppkabel til en elektrisk linje. Strenger kan bevege seg gjennom branen, men kan ikke forlatee det, forklarer hvorfor vi ikke fysisk kan se ut av eller nå ut av vår dimensjon. Atomene som utgjør kroppene våre er sammensatt av åpne strenger som har festet endepunkter til 3D-membranen vår. En annen måte å se på det er å vurdere en filmskjerm. Mennesker på en skjerm ser ut til å være tredimensjonale, men de kan faktisk ikke nå av skjermen inn i 3D-verdenen vår. De sitter fast i sin 2-D-verden, akkurat som vi sitter fast i 3D-verdenen vår og kan ikke nå inn i nærliggende dimensjoner. Forskere omtaler dette som grader av frihet .

Men gravitonet er annerledes. Som en lukket streng eller sløyfe uten festede endepunkter ble det teoretisert at den kunne kunne unnslippe 3D-branen vår og sive inn i andre dimensjoner. Dette vil forklare hvorfor tyngdekraften er mange ganger svakere enn de andre kreftene.

Hva om inverse var sanne? Hva om tyngdekraften på en parallell brane er like sterk som de andre kreftene, men er svakere her fordi den bare lekker intO vår dimensjon? Matematisk fungerte teorien om SuperStrings igjen vakkert og til slutt fremmet en plausibel forklaring på tyngdekraften mens de forenet den med de tre andre kreftene.

Det var bare ett hinder igjen: Den samlende teorien skulle også kunne forklare Big Bang. Fire fysikere som reiser sammen på et tog, taklet tilfeldig dette emnet. En av dem stilte spørsmålet, Hva ville skje hvis to klær kolliderte? Det plausible matematiske svaret viste seg å være Big Bang.

Detractors of theory of SuperStrings peker på mangel på bevis og vanskeligheten med å gi den. Er det bare en vakker matematisk konstruksjon? En filosofi? Eller en sann forklaring av vår verden? Ingen annen teori har kommet i nærheten av å matematisk forene alle fire kreftene, og mye mindre i tillegg gir en forklaring på Big Bang. Men å bevise at andre dimensjoner eksisterer - flytende braner og parallelle universer - har vært en stor sticking punkt.

Likevel er troende på den elegante teorien ivrige etter å se den bevist, og forskere har siden funnet at det kan være observerbart bevis på astronomisk store strenger. Dermed fortsetter teorien om SuperStrings å få grunn. Til slutt, hvis vellykket, fra 11 dimensjoner til parallelle universer, fra de virvlende galaksene til kvantesuppe, kan SuperStrings bare være teorien om alt .