Vad är Superstrings?
Superstrings, eller superstringsteori, är ett spännande fält inom fysik som ibland kallas The Theory of Everything . Det anses av många vara den svårfångade förenande förklaringen som Einstein sökte och som skulle kunna redogöra för alla kända krafter i universum.
Tills superstringar kom med hade forskare två motsatta teorier för hur naturlagarna uppförde sig: Einsteins allmänna teori om relativitet och kvantmekanik.
Allmän relativitet förklarar världen som vi känner den i en ganska massiv skala. Den beskriver rymdtiden som ett tyg som varpats av massa som redovisar orbitalsystem, galaxer och tyngdkraften. Men dessa lagar bryts ned på kvantnivå där en subatomär partikel inte kan mätas med avseende på dess exakta position i rymden vid en given tidpunkt. Det är också lika troligt att röra sig bakåt i tiden som att gå framåt och kan till och med tyckas vara på två platser samtidigt. Den infinitesimalt små världen är så bisar, forskare myntade uttrycket "kvant konstighet" för att beskriva den.
Problemet för fysiker var att ta fram en teori som skulle förena världen som vi känner till kvantvärlden. En förklaring för att redogöra för alla fyra kända krafter: tyngdkraften, de starka och svaga kärnkrafterna och elektromagnetismen. Superstrings kan vara det svaret.
Genom matematiska ekvationer blev det uppenbart att det sätt som vi tidigare tänkt på partiklar som "poäng" eller "små kulor" av energi var felaktigt. Dessa små bitar av materia uppförde sig faktiskt mer som viftande, vibrerande strängar . Strängarna är så små att Brian Greene, en fysiker och förespråkare, förklarar att om en enda atom var storleken på vårt solsystem skulle en sträng bara vara storleken på ett träd. Ändå utgör strängar allt ämne från kvantnivå och upp.
Hur vibrationer strängar bestämmer de specifika egenskaperna för varje partikel och liknar universum med en kosmisk symfoni av superstringar. Men för att befria teorin om matematiska avvikelser var sex extra dimensioner nödvändiga. De sex extra dimensionerna bildar små, sammanslagna 6-D-former på varje punkt i vårt utrymme. Inuti dessa 6-D-former är strängarna i superstringsteorin. De sex extra dimensionerna, plus våra tre, betydde att det verkligen fanns 9 dimensioner. Lägg till en till för tid , och det totala var 10 dimensioner. Så överraskande som detta var det inte slutet.
1995 presenterade olika teorier om superstringar ett problem tills M-teorin förenade dem. Den enda fången? M-teori krävde matematiskt en 11: e dimension. Detta presenterade en ny bild av strängar, med tanke på att tillräckligt med energi kunde en sträng sträcka sig för att bli ett extremt stort flytande membran, kort kallat en kloss . Branes kan ha olika dimensionella egenskaper och växa lika stora som ett universum. I själva verket, enligt teorin, finns hela vårt universum på en flytande kli - bara en av flera flytande klingar som var och en stöder sitt eget parallella universum. Varje kloss representerar en skiva av ett högre dimensionellt utrymme eller bulk .
Även om 1970-talets standardmodell förenade tre av de fyra krafterna i en enhetlig teori, kunde allvar inte tvingas förena med de tre kvantkrafterna. Men ett genombrott i superstringarna omfattade den svårfångade tyngdkraften, viskning av fysikens heliga gral. Om en masslös hypotetisk partikel som ansvarar för att överföra tyngdkraften - gravitonet - existerar på kvantnivå som en stängd sträng , skulle detta ge en direkt tyngdkraftslänk till teorin om superstringar.
Teorin förutspår att strängar kan vara öppna eller stängda. Öppna strängar, eller strängar som liknar små viftande hårstrån har åtminstone en ändpunkt "fäst" till membranet som en vagnbil är fäst med en toppkabel till en elektrisk ledning. Strängar kan röra sig genom klänningen men kan inte lämna den och förklara varför vi inte fysiskt kan se ut ur eller nå ut ur vår dimension. Atomerna som utgör våra kroppar består av öppna strängar som har fäst ändpunkter till vårt 3D-membran. Ett annat sätt att titta på det är att överväga en filmskärm. Människor på en skärm verkar vara tredimensionella, men de kan faktiskt inte nå ut från skärmen till vår 3D-värld. De sitter fast i sin 2-D-värld, precis som vi fastnar i vår 3D-värld och inte kan nå in i angränsande dimensioner. Forskare hänvisar till detta som grader av frihet .
Men graviton är annorlunda. Som en stängd sträng eller slinga utan bifogade ändpunkter teoretiserades det att det skulle kunna undkomma vår 3D-kloss och sippra in i andra dimensioner. Detta skulle förklara varför gravitationen är många gånger svagare än de andra krafterna.
Men vad händer om det omvända var sant? Tänk om tyngdkraften på en parallellbran är lika stark som de andra krafterna, men är svagare här eftersom den bara läcker in i vår dimension? Matematiskt fungerade teorin om superstringar igen vackert och slutligen framförde en trolig förklaring till tyngdkraften medan den förenades med de tre andra krafterna.
Det fanns bara ett hinder kvar: Den förenande teorin borde också kunna förklara Big Bang. Fyra fysiker som reser tillsammans i ett tåg behandlade detta ämne tillfälligt. En av dem ställde frågan: Vad skulle hända om två branes kolliderade? Det troliga matematiska svaret visade sig vara Big Bang.
Förnekare av teorin om superstringar pekar på brist på bevis och svårigheten att tillhandahålla den. Är det bara en vacker matematisk konstruktion? En filosofi? Eller en riktig förklaring av vår värld? Ingen annan teori har kommit nära att matematisk förena alla fyra krafter, mycket mindre dessutom ger en förklaring till Big Bang. Men att bevisa att det finns andra dimensioner - flytande klossar och parallella universum - har varit en viktig stickpunkt.
Trots de som tror på den eleganta teorin är ivriga att se den bevisad, och forskare har sedan dess funnit att det kan finnas observerbara bevis på astronomiskt stora strängar. Således fortsätter teorin om superstringar att vinna mark. I slutändan, om det lyckas, från 11 dimensioner till parallella universum, från de virvlande galaxerna till kvantsoppa, kan superstringar bara verkligen vara The Theory of Everything .