Vad är SuperStrings?
Superstrings, eller SuperString Theory, är ett spännande fält av fysik som ibland kallas teorin om allt . Det tros av många att vara den svårfångade förenande förklaringen som Einstein sökte som kunde redogöra för alla kända krafter i universum.
tills superstringar kom med, hade forskare två motsatta teorier för hur naturlagarna uppförde: 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 varvat av massredoge för omloppssystem, galaxer och tyngdkraften. Men dessa lagar bryts ned på kvantnivån där en subatomisk partikel inte kan mätas i termer av dess exakta position i rymden vid en given tidpunkt. Det är också lika troligt att gå bakåt i tiden som det är att gå framåt och kan till och med tyckas vara på två platser samtidigt. Den oändliga små världen är så bisar, forskare myntade termen "kvantum konstighet "att beskriva det.
Problemet för fysiker var att komma med en teori som skulle förena världen som vi vet med kvantvärlden. En förklaring för att redogöra för alla fyra kända krafter: Gravitet, de starka och svaga kärnkrafterna och elektromagnetism. Supersstringar kan vara det svaret.
Genom matematiska ekvationer blev det uppenbart att hur vi tidigare hade tänkt på partiklar som "punkter" eller "små bollar" av energi var felaktiga. Dessa små bitar av materia uppförde sig faktiskt mer som vridande, 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 från kvantnivån upp.
hur strängar vibrerar bestämmer de specifika egenskaperna för varje partikel, vilket liknar uniVers till en kosmisk symfoni av SuperStrings. Men för att befria teorin om matematiska avvikelser var sex extra dimensioner nödvändiga. De sex extra dimensionerna bildar små, krullade 6-D-former vid varje punkt i vårt utrymme. Inuti dessa 6-D-former finns strängarna i SuperString Theory. De sex extra dimensionerna, plus våra tre, innebar att det verkligen fanns 9 dimensioner. Lägg till en till tid , och totalt var 10 dimensioner. Så förvånande som detta var, det var inte slutet.
1995 presenterade olika teorier om SuperStrings ett problem tills m-Theory förenade dem. Den enda fångsten? M-teorin krävde matematiskt en 11: e dimension. Detta presenterade en ny bild av strängar där, med tanke på tillräckligt med energi, en sträng kan sträcka sig för att bli ett extremt stort flytande membran, kallad en bran för kort. 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 bran -- Bara en av flera flytande branar som var och en stöder sitt eget parallella universum. Varje bran representerar en skiva av ett högre dimensionellt utrymme eller bulk .
Även om standardmodellen på 1970 -talet redan förenade tre av de fyra krafterna i en enhetlig teori, kunde tyngdkraften inte förenas med de tre kvantkrafterna. Men ett genombrott i SuperStrings omfattade den svårfångade tyngdkraften, viskning av fysikens heliga gral. Om en masslös hypotetisk partikel som är ansvarig för att överföra tyngdkraften - graviton - finns på kvantnivån som en stängd sträng , skulle detta presentera en direkt gravitationslänk till teorin om superstringar.
Teorin förutsäger strängar kan vara öppna eller stängda. Öppna strängar eller strängar som liknar små vridande hårstrån har minst en slutpunkt "fäst" på membranet som en vagnbil är fäst med en toppkabel till en elektrisk linje. Strängar kan röra sig genom branen men kan inte hoppae det, förklarar varför vi inte fysiskt kan se ut eller nå ut ur vår dimension. Atomerna som utgör våra kroppar består av öppna strängar som har fäst slutpunkter på 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 sitter fast i vår 3-D-värld och kan inte nå in i angränsande dimensioner. Forskare hänvisar till detta som grader av frihet .
men gravitonen är annorlunda. Som en stängd sträng eller slinga utan bifogade slutpunkter var det teoretiserat att den skulle kunna undkomma vår 3D-bran och sippra till andra dimensioner. Detta skulle förklara varför tyngdkraften är många gånger svagare än de andra krafterna.
Men vad händer om inverse var sanna? Vad händer om tyngdkraften på en parallell bran är lika stark som de andra krafterna, men är svagare här eftersom den bara läcker intO vår dimension? Matematiskt fungerade teorin om superstringar igen vackert och lägger slutligen fram en trolig förklaring till svaghetens svaghet medan han förenade den med de andra tre krafterna.
Det fanns bara ett hinder kvar: den förenande teorin borde också kunna förklara Big Bang. Fyra fysiker som reser tillsammans på ett tåg hanterade detta ämne avslappnat. En av dem ställde frågan, Vad skulle hända om två branar kolliderade? Det troliga matematiska svaret visade sig vara Big Bang.
Detractors of the Theory of Superstrings pekar på brist på bevis och svårigheten att tillhandahålla det. Är det bara en vacker matematisk konstruktion? En filosofi? Eller en riktig förklaring av vår värld? Ingen annan teori har kommit nära matematiskt förena alla fyra krafterna, mycket mindre ger dessutom en förklaring till Big Bang. Men att bevisa att andra dimensioner finns - flytande klaner och parallella universum - har varit en stor stickinG Point.
Trots det är troende av den eleganta teorin ivriga att se den bevisade, och forskare har sedan dess funnit att det kan finnas observerbart bevis på astronomiskt stora strängar. Således fortsätter teorin om SuperStrings att få mark. I slutändan, om det lyckas, från 11 dimensioner till parallella universum, från de virvlande galaxerna till kvantsoppa, kan supersträngar bara vara teorin om allt .