Gjuha teori Superstring popullor për Dummies

Teoria Superstring, në gjuhën popullore, është universi si një grup i vibruese fillesa të energjisë - strings. Ato janë baza e natyrës. Hipoteza përshkruan elementet e tjera - branes. Të gjitha substancat në botën tonë përbëhet nga vibracionet e tela dhe branes. Një pasojë e natyrshme e teorisë është përshkrimi i gravitetit. Kjo është arsyeja pse shkencëtarët besojnë se ajo përmban çelësin e bashkimin e gravitetit me ndërveprime të tjera.

Koncepti është zhvilluar

Teoria e fushës të unifikuar, teoria superstring - thjesht matematikore. Ashtu si të gjitha konceptet fizike, ajo është e bazuar në ekuacionet që mund të interpretohet në një mënyrë të caktuar.

Sot, askush nuk e di saktësisht se çfarë do të jetë versioni përfundimtar i kësaj teorie. Shkencëtarët kanë një ide mjaft të paqartë e elementeve të tij të zakonshme, por askush ende nuk ka dalë me një ekuacion të formës së prerë do të ngulfatën gjithë teorisë superstring dhe eksperiment nuk ka qenë ende në gjendje për të konfirmuar atë (edhe pse të hedhur poshtë too). Fizikanët kanë krijuar një version të thjeshtuar të ekuacionit, por deri më tani ajo nuk ka mjaft të përshkruar universin tonë.

Teoria Superstring për fillestar

Në hipotezën në pesë idetë kryesore.

1. Teoria Superstring parashikon se të gjitha objektet e botës sonë janë të përbërë nga vibruese fillesat e energjisë dhe membranave.
2. Ajo përpiqet për të pajtuar relativitetin e përgjithshëm (gravitetit) me fizikën kuantike.
3. Teoria Superstring do të integrojë të gjitha forcave themelore të universit.
4. Kjo hipotezë parashikon një lidhje të re, supersymmetry, në mes të dy llojeve krejtësisht të ndryshme të grimcave, bosons dhe fermions.
5. Koncepti përshkruan një numër të tjera, dimensionet zakonisht paverifikueshme të universit.

Strings dhe branes

Kur teoria u ngrit në vitet 1970, fillesat e energjisë në të konsideroheshin 1-dimensionale objekte - strings. Fjala "një-dimensionale" tregon se string ka vetëm një dimension, gjatësi, në krahasim me, për shembull, një shesh, e cila ka një gjatësi dhe lartësi.

Këto teori superstring ndahet në dy lloje - të mbyllura dhe të hapura. string hapur ka këshilla që nuk janë në kontakt me njëri-tjetrin, ndërsa string i mbyllur është një lak pa skajet hapur. Si rezultat, u zbulua se këto vargjet, vargjet quajtur lloji i parë, ekspozohen 5 lloje themelore të bashkëveprimit.

Ndërveprimet janë të bazuara në aftësinë e strings për të lidheni dhe të shkëmbeni këshilla e tyre. Që nga skajet e strings hapura mund të vijnë së bashku për të formuar mbyllur, është e pamundur për të ndërtuar një teori të superstrings, jo duke përfshirë një varg looped.

Kjo doli e rëndësishme si vargjet e mbyllura kanë pronat që janë të besohet të fizikës që mund të përshkruajnë gravitetit. Me fjalë të tjera, shkencëtarët kuptuan se teoria superstring, në vend të shpjeguar grimcat çështja mund të përshkruajnë sjelljen e tyre dhe forcën e gravitetit.

Vite më vonë u zbulua se, përveç vargjet, dhe elemente të tjera thelbësore të teorisë. Ato mund të konsiderohen si fletë ose Brane. Strings mund të jetë e bashkangjitur me ta një ose të dyja anët.

gravitetit kuantik

Fizika moderne ka dy ligjin kryesore shkencore: teoria e përgjithshme e relativitetit (GR) dhe kuantike. Ato përfaqësojnë një fushë krejtësisht të ndryshme të shkencës. Fizika kuantike merret me grimcat më të vogla të natyrshme dhe GTR, si rregull, e përshkruan natyrën e shkallës së planeteve, galaktikave dhe universin në tërësi. Hipoteza që përpiqen për të kombinuar ato, quhet teoria e gravitetit kuantik. Më premtuese nga këto është tani string.

thread mbyllur korrespondojnë me sjelljen e gravitetit. Në veçanti, ata posedojnë prona Graviton grimcë transportimin e gravitetit ndërmjet objekteve.

forcat e bashkuar

Teoria String përpiqet për bashkimin e katër forcave - Forcat bërthamore elektromagnetike, të forta dhe të dobëta, dhe gravitetin - në një. Në botën tonë, ata shfaqen si katër fenomene të ndryshme, por teoricienët string besojnë se në univers fillim, kur kishte nivele tepër të larta të energjisë, të gjitha këto forca janë të përshkruar nga vargjet, që ndërveprojnë me njëri-tjetrin.

Supersymmetry

Të gjitha grimcat në univers mund të ndahet në dy lloje: bosons dhe fermions. Teoria String parashikon se ekziston një marrëdhënie mes tyre, i njohur si supersymmetry. Nëse Supersymmetry për secilin boson dhe FERMION duhet të ekzistojnë për secilin FERMION - Boson. Për fat të keq eksperimentalisht ekzistenca e grimcave të tilla nuk është konfirmuar.

Supersymmetry është një marrëdhënie matematikore midis elementeve të ekuacioneve fizike. Ajo u gjet në një zonë të ndryshme të fizikës dhe zbatimi i saj çoi në riemërtimin e teorisë së vargut supersymmetry (ose teori superstring, në gjuhën popullore) në mesin e 1970-së.

Një nga avantazhet e supersymmetry është se ajo në masë të madhe thjeshton ekuacionin, duke i lejuar për të eliminuar disa variablave. Pa supersymmetry ekuacionet çojë në kontradiktat fizike, të tilla si vlera të pafund dhe imagjinare nivelet e energjisë.

Meqë shkencëtarët nuk e kanë vërejtur një grimcë parashikuar nga supersymmetry, ajo është ende një hipotezë. Shumë fizikantë besojnë se arsyeja për këtë - nevoja për një sasi të konsiderueshme të energjisë, e cila është e lidhur me një peshë të njohur të ekuacionit të Ajnshtajnit E = mc ^2. Këto grimca mund të ekzistojnë në univers fillim, por pasi të jetë ftohur, dhe pas Big Bengut, përhapjen e energjisë, këto grimca janë zhvendosur në nivele të ulëta të energjisë.

Me fjalë të tjera, vargjet lëkund grimca si të larta të energjisë humbur energji, e cila i bëri ata elemente me dridhje të ulët.

Hulumtuesit shpresonte se vëzhgimi astronomik ose të eksperimentojnë me përshpejtuesit e thërrmijave konfirmojnë teorinë, duke identifikuar disa elemente supersymmetric me energji të lartë.

matjet shtesë

Pasoja të tjera matematikore e teoria e fijes është se ajo ka kuptim në botë, numri i matjeve është më i madh se tre. Aktualisht, ka dy shpjegime për këtë:

1. matjet shtesë (gjashtë prej tyre) kanë palosur, ose, në terminologjinë e teoria e fijes kompaktifikuara të përmasave tepër të vogël, për të perceptojnë që kurrë nuk do të ketë sukses.
2. Ne ishim të mbërthyer në një Brane 3-dimensionale, dhe dimensionet tjera të shtrihen përtej saj dhe nuk janë në dispozicion për ne.

Një fushë e rëndësishme e kërkimit në mesin e teoricienëve është modelimi matematik se si këto pozicione të tjera mund të jenë të lidhura me tonat. Rezultatet e fundit parashikojnë se shkencëtarët shpejti do të jetë në gjendje për të zbuluar këto dimensione shtesë (nëse ato ekzistojnë) në eksperimentet e ardhshme, pasi ato mund të jetë më i madh se sa pritej më parë.

kuptuarit e qëllimit

Qëllimi kërkoi nga shkencëtarët hetuar superstrings - "teoria e gjithçkaje", dmth një hipotezë të vetme fizike që në një nivel themelor përshkruan të gjitha realitet fizik ... Nëse i suksesshëm, ai mund të sqarojë shumë pyetje në lidhje me strukturën e universit tonë.

Shpjegimi i materies dhe masës

Një nga detyrat kryesore të hulumtimit modern - kërkimi për zgjidhje të grimcave reale.

Teoria String filloi si një koncept që përshkruan grimca të tilla si hadrons, shtete të ndryshme të larta vibrational të strings. Në shumicën e formulime moderne, pavarësisht, vërejtur në universin tonë është rezultat i vibrimit të frazave dhe branes me energji të ulët. Vibracionet gjeneruar më shumë grimca të lartë të energjisë, e cila tani në botën tonë janë nuk ekzistojnë.

Masa e këtyre grimcave elementare është një manifestim i se si vargjet dhe branes kompaktifikuara përfundoi në dimensione të tjera. Për shembull, në një thjeshtuar, kur ata janë palosur në formën e një donut, të quajtur Matematikanë dhe fizikantë kupë varg mund të përfundojë këtë formë në dy mënyra:

• lak shkurtër përmes qendrës së kupë;
• loop e gjatë rreth të gjithë perimetrin e jashtme e kupë.

Të shkurtër loop është një grimcë të lehta, dhe më - të rënda. Kur ju të përfundojë string rreth Mullinj kompaktifikuara matjen formimin e elementeve të reja me masa të ndryshme.

Superstring teori shkurtimisht dhe në mënyrë të qartë, thjesht dhe elegante shpjegon gjatësinë e tranzicionit në masë. Matja e shembur është kupë shumë e vështirë, por në parim edhe ata punojnë.

Është edhe e mundshme, edhe pse është e vështirë të imagjinohet që kordoni përfundon Kupë në dy drejtime në të njëjtën kohë, e cila do të rezultojë në grimcë tjetër me një masë të ndryshme. Branes gjithashtu mund të përfundojë dimensionet shtesë, duke krijuar edhe më shumë mundësi.

Përcaktimi i hapësirës dhe kohës

Në shumë versione të superstring teorinë e kolapseve të matjes, duke i bërë ata vëzhgueshme në nivelin aktual të zhvillimit të teknologjisë.

Aktualisht nuk është e qartë nëse teoria e fijes mund të shpjegojë natyrën themelore të hapësirës dhe kohës se bëri Einstein. Ajo dimensionet janë sfond të ndërveprimit të frazave dhe kuptimin e vërtetë të pavarur nuk do të.

Ne ofrojmë një shpjegim, nuk është finalizuar tërësisht, në lidhje me paraqitjen e hapësirë-kohës, si një derivat i shumës totale të të gjitha ndërveprimet string.

Kjo qasje nuk i plotëson pikëpamjet e disa fizikanëve që ka çuar në kritika të hipotezës. Teoria konkurruese e gravitetit kuantik loop si një pikënisje duke përdorur kuantizim të hapësirës dhe kohës. Disa besojnë se në fund ajo do të jetë vetëm një qasje të ndryshme për të gjithë të njëjtën hipotezës bazë.

Quantization e gravitetit

Arritja kryesore e kësaj hipoteze, nëse konfirmohet, do të jetë një teori kuantike të gravitetit. përshkrim aktuale e gravitetit në relativitetit të përgjithshëm është në kundërshtim me fizikën kuantike. E fundit, imponuar kufizime në sjelljen e grimcave të vogla, duke u përpjekur për të eksploruar universin në një shkallë shumë të vogël të çon në kontradikta.

Unifikimi i forcave

Aktualisht, fizikanët janë të njohur katër forcat themelore: gravitetit, elektromagnetike, bashkëveprimet e dobëta dhe të forta nukleare. Nga teoria e fijes kjo nënkupton që të gjithë ata dikur ishin manifestime të njëjtë.

Sipas kësaj hipoteze, si universi i hershëm ftohur pas Big Bengut, kjo është një ndërveprim i vetëm u nda në operative të ndryshme sot.

Eksperimentet me energji të lartë ndonjëherë të na lejojë për të gjetur bashkimin e këtyre forcave, edhe pse këto eksperimente janë përtej zhvillimit të teknologjisë aktuale.

pesë options

Pas superstring revolucion në vitin 1984, zhvillimi u zhvillua me një ritëm të ethshme. Si rezultat, në vend të një koncepti kthyer pesë, i quajtur tipit I, IIA, IIB, HO, HE, secila prej të cilave është pothuajse tërësisht e përshkruan botën tonë, por jo deri në fund.

Fizika, duke prekur versionin e teoria e fijes në shpresën për të gjetur formulën e vërtetë universale, e krijuar 5 variante të ndryshme të vetë-mjaftueshme. Disa nga pronat e tyre pasqyrojnë realitetin fizik e botës, të tjerët ishin të pavërteta.

M-teori

Në një konferencë në vitin 1995, fizikanti Edward Witten propozuar një zgjidhje të guximshme për pesë hipotezave. Bazuar në zbulimin e fundit të dualitetit, ata të gjithë të bëhen raste të veçanta të një koncept të vetëm gjithëpërfshirës të quajtur Witten M teoria e superstrings. Një nga konceptet kryesore që u bë Brane (Shkurtesa e membranës), objektet themelore që kanë më shumë se një dimension. Edhe pse autori nuk e ka ofruar versionin e plotë, e cila nuk është aq larg, teoria M i superstrings shkurtimisht përbëhet nga karakteristikat e mëposhtme:

• 11-dimension (10 plus 1 dimension hapësinor temporal);
• dualitet, të cilat çojnë në pesë teoritë që shpjegojnë të njëjtin realitet fizik;
• branes - vargjet, me më shumë se 1 matjes.

hetim

Si rezultat, në vend të një ka pasur 10 ⁵⁰⁰ vendime. Për disa fizikanëve se ishte shkaku i krizës, ndërsa të tjerët mori parimin antropik, gjë që shpjegon vetitë e universit me praninë tonë në të. Mbetet për t'u pritur, kur teoricienët do të gjeni një mënyrë tjetër për të lundruar teorinë superstring.

Disa interpretime thonë se bota jonë nuk është i vetmi. Versionet më radikale të lejojë ekzistencën e një numër të pafund të universeve, disa prej të cilave përmbajnë kopje e saktë e vet tonë.

Teoria e Ajnshtajnit parashikon ekzistencën e një hapësirë të minimizohet, e cila është quajtur një wormhole apo Einstein-Rosen urë. Në këtë rast dy faqe largët lidhur shkurtër kalimin. Teoria Superstring lejon jo vetëm atë, por edhe lidhja e pikave të largëta të botëve paralele. Ju edhe mund të zhvendoset në mes universe me ligje të ndryshme të fizikës. Megjithatë, opsioni ngjarë, kur teoria kuantike e gravitetit do të bëjë ekzistenca e tyre e pamundur.

Shumë fizikantë besojnë se parimi holographic, kur të gjitha informacionet e përfshira në hapësirën e vëllimit, korrespondon me informatave të regjistruara në sipërfaqe, do të lejojë një kuptim më të thellë të konceptit të fillesa të energjisë.

Disa besojnë se teoria superstring lejon matje të shumta të kohës, duke rezultuar në mund të jetë një udhëtim përmes tyre.

Përveç kësaj, në kuadrin e hipotezës nuk është një alternativë për modelin e Big Bengut, sipas të cilit universi ynë ishte rezultat i një përplasje mes dy branes dhe shkon nëpër cikle të përsëritura të krijimit dhe shkatërrimit.

Fati përfundimtar i universit ka zënë gjithmonë fizikantë, dhe versioni final i teoria e fijes mund të ndihmojë të përcaktuar densitetin e materies dhe konstante kozmologjike. Duke ditur këto vlera, kozmologët do të jetë në gjendje për të përcaktuar nëse universi do të tkurret deri, deri sa ajo shpërthen, të gjitha filloi përsëri.

Askush nuk e di pasojat e teorisë shkencore, për aq kohë sa ajo nuk do të zhvillohen dhe testohen. Einstein, shkruar ekuacionin E = mc ^2, nuk pres që kjo do të çojë në shfaqjen e armëve bërthamore. Krijuesit e fizikës kuantike nuk e di se ajo do të jetë bazë për lazer dhe tranzitor. Dhe edhe pse nuk dihet ende se çfarë do një koncept i tillë thjesht teorik, historia tregon se me siguri do të merrni diçka të jashtëzakonshme.

Për më shumë informacion mbi këtë hipotezë mund të gjenden në librin Endryu Tsimmermana "Super String Theory for Dummies".