Hva er Superstrings?
Superstrings, eller superstring teori, er et spennende fysikkfelt som noen ganger kalles The Theory of Everything . Det antas av mange å være den unnvikende samlende forklaring Einstein søkte som kunne redegjøre for alle kjente krefter i universet.
Inntil superstringer fulgte, hadde forskere to motsatte teorier for hvordan naturlovene oppførte seg: Einsteins generelle teori om relativitet og kvantemekanikk.
Generell relativitet forklarer verden slik vi kjenner den i en ganske massiv skala. Den beskriver romtid som et stoff som er forvrengt av masse som står for banesystemer, galakser og tyngdekraften. Men disse lovene brytes sammen på kvantnivå der en subatomisk partikkel ikke kan måles med tanke på dens eksakte plassering i rommet på et gitt tidspunkt. Det er også like sannsynlig å bevege seg bakover i tid som for å bevege seg fremover, og kan til og med se ut til å være to steder samtidig. Verden til de uendelig små er så bisarre, forskere myntet begrepet "kvante rare" for å beskrive det.
Problemet for fysikere var å komme med en teori som skulle forene verden som vi kjenner til kvanteverdenen. En forklaring for å redegjøre for alle de fire kjente kreftene: tyngdekraften, de sterke og svake atomkreftene og elektromagnetisme. Superstrings kan være det svaret.
Gjennom matematiske ligninger ble det tydelig at måten vi tidligere hadde tenkt på partikler som "poeng" eller "små baller" av energi var unøyaktig. Disse bittesmå stoffstykkene oppførte seg faktisk mer som svingende, vibrerende strenger . Strengene 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 strengene all materie fra kvantenivået og opp.
Måten strengene vibrerer bestemmer de spesifikke egenskapene til hver enkelt partikkel, og likner universet til en kosmisk symfoni av superstringer. Men for å kvitte seg med teorien om matematiske anomalier, var seks ekstra dimensjoner nødvendig. De seks ekstra dimensjonene danner små, krøllede 6-D-former på hvert punkt i rommet vårt. Inne i disse 6-D formene er strengene til superstring teori. De seks ekstra dimensjonene, pluss våre tre, mente det var virkelig 9 dimensjoner. Legg til en til for tiden , og totalen var 10 dimensjoner. Så overraskende som dette var det ikke slutten.
I 1995 presenterte forskjellige teorier om superstringer en krangel til M-teorien forente dem. Den eneste fangsten? M-teori krevde matematisk en 11. dimensjon. Dette presenterte et nytt bilde av strenger der, gitt nok energi, en streng kunne strekke seg til 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 kli - bare en av flere flytende klarer som hver støtter sitt eget parallelle univers. Hver kloss representerer en skive av et større dimensjonelt rom eller bulk .
Selv om standardmodellen på 1970-tallet allerede samlet tre av de fire kreftene i en samlet teori, kunne tyngdekraften ikke forenes med de tre kvantekreftene. Men et gjennombrudd i overtrekksomfanget omfattet tyngdekraften som ble unnvikende, 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 , ville dette presentere en direkte gravitasjonell kobling til teorien om pålegg.
Teorien spår at strenger kan være åpne eller lukkede. Åpne strenger, eller strenger som ligner små vinglende hår, har minst ett sluttpunkt "festet" til membranen som en trallebil er festet med en toppkabel til en elektrisk ledning. Strenger kan bevege seg gjennom klissen, men kan ikke forlate den, og forklare hvorfor vi fysisk ikke kan se oss ut av eller nå ut av vår dimensjon. Atomene som utgjør kroppene våre er sammensatt av åpne strenger som har festet endepunkter til vår 3D-membran. 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 strekke seg fra skjermen til vår 3D-verden. De sitter fast i sin 2-D-verden, akkurat som vi sitter fast i vår 3D-verden og ikke kan nå inn i nabodimensjoner. Forskere omtaler dette som frihetsgrader .
Men gravitonet er annerledes. Som en lukket streng eller sløyfe uten tilknyttede endepunkter ble det teoretisert at det kan være i stand til å unnslippe vår 3D-kli og sive inn i andre dimensjoner. Dette vil forklare hvorfor tyngdekraften er mange ganger svakere enn de andre kreftene.
Men hva om det inverse var sant? Hva om tyngdekraften på en parallell bran er like sterk som de andre kreftene, men er svakere her fordi den bare lekker inn i vår dimensjon? Matematisk fungerte teorien om superstringer igjen vakkert og ga til slutt en plausibel forklaring på tyngdekraften mens den forenes med de tre andre kreftene.
Det var bare ett hinder igjen: Den samlende teorien skal også kunne forklare Big Bang. Fire fysikere som reiste sammen i et tog, behandlet dette emnet tilfeldig. En av dem stilte spørsmålet: Hva ville skje hvis to braner kolliderte? Det sannsynlige matematiske svaret viste seg å være Big Bang.
Detractors av teorien om pålegg viser til 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 nær matematisk forening av alle fire krefter, mye mindre i tillegg som en forklaring på Big Bang. Men det å bevise at andre dimensjoner eksisterer - flytende granater og parallelle universer - har vært et viktig stikkpunkt.
Likevel er troende på den elegante teorien ivrige etter å se den bevist, og forskere har siden funnet ut at det kan være observerbare bevis på astronomisk store strenger. Dermed fortsetter teorien om pålegg å vinne terreng. Til slutt, hvis vellykket, fra 11 dimensjoner til parallelle universer, fra de virvlende galakser til kvantesuppe, kan superstringer bare virkelig være Theory of Everything .