I dag er det videnskabelige billede af verden dannet på en sådan måde, at vores univers styres af to sæt love - generel relativitet, som forklarer det vidunderlige tyngdekraftværk, og kvantemekanik, der beskriver de andre tre interaktioner i universet (stærk nuklear, svag nuklear og elektromagnetisme). Du kan tage disse love og anvende dem på ting i stor skala - planeter, galakser og derefter på de mindste skalaer - protoner og neutroner. Men hvorfor lavede naturen to separate sæt love for universet?
Superstring teori er et forsøg på at besvare to spørgsmål: Er der en måde at kombinere generel relativitet og kvantemekanik for at skabe en "teori om alting"? Hvad består det af?
Superstring teori
Vi troede, at livets byggesten var atomer, de mindste komponenter i materien. Men så ramte vi atomerne og fandt elementære partikler, så små, at vi ikke engang kan se dem uden at ændre sig på en bestemt måde. For at se noget, har vi brug for lyset først til at sprænge genstanden og slå vores øjne og udgøre billedet. Lys består af elektromagnetiske bølger, der frit passerer gennem elementære partikler. Vi kan gøre disse bølger tættere, tilføje energi til dem, så de rammer partiklerne, og vi kan se dem, men så snart noget rammer partiklen, ændres det, så vi kan ikke se det i sin oprindelige tilstand. Vi har ingen idé om, hvordan elementære partikler ser ud. Som mørk energi, mørk stof, kan vi ikke observere disse fænomener direkte, men vi har grund til at troat de findes.
Vi betragter disse partikler som punkter i rummet, skønt de i virkeligheden ikke er det. For alle dets mangler giver denne metode - kvantemekanikens idé, at kræfter bæres af partikler, os en temmelig god idé om universet og fører til gennembrud som kvanteopløsningsmidler og magnetiske levitationstog. Selve den generelle relativitet har også været en god test af tiden og forklaret neutronstjerner og Merkurius orbital-anomalier, forudsagt sorte huller og krummet lys. Men ligningerne af generel relativitet ophører desværre med at arbejde i midten af det sorte hul og på tærsklen til Big Bang. Problemet er, at det er umuligt at bringe dem sammen, fordi tyngdekraften er forbundet med geometrien mellem rum og tid, når afstande måles nøjagtigt, men i kvanteverdenen er der ingen måde at måle noget.
Da forskere forsøgte at opfinde en ny partikel, der skulle gifte sig med tyngdekraften med kvantemekanik, mislykkedes deres matematik simpelthen.
På en måde var jeg nødt til at vende tilbage til tavlen. Derfor har forskere antydet, at de mindste komponenter i universet ikke er prikker, men strenge. Forskellige vibrationer af strenge skaber forskellige elementære partikler som kvarker. De vibrerende strenge kunne udgøre al materie og alle fire kræfter i universet - inklusive tyngdekraften.
Salgsfremmende video:
Højere dimensioner
Superstring teori har et problem. Det fungerer ikke, hvis vi antager, at der kun er tre rumlige dimensioner og en tidsmæssig dimension, som vi lever i. Stringteori kræver, at du spiller mindst ti dimensioner.
Da GR først blev undfanget, fordrejet tyngdekraften plads og tid til at beskrive denne kraft. Derfor, hvis nogen ville beskrive en anden kraft, såsom elektromagnetisme, ville han være nødt til at tilføje en ny dimension. Forskere skrev ligninger, der beskrev universets kurver og defekter med en ekstra dimension og opnåede den originale ligning af elektromagnetisme. En fantastisk opdagelse.
De ekstra dimensioner af strengteori kan hjælpe os med at forklare, hvorfor tallene i vores univers er så kalibrerede, at de tillader alt at eksistere. Hvorfor er f.eks. Lysets hastighed 299.792.458 meter i sekundet? De prøver også at besvare spørgsmålet om tyngdekraften - hvorfor er denne kraft så svag? Det er den svageste af de fire grundlæggende interaktioner: 1040 gange svagere end den elektromagnetiske kraft. Det vil være nok til blot at bøje og løfte bogen fra gulvet for at modstå den. I teorien skyldes dette, at tyngdekraften siver ind i højere dimensioner. Tyngdekraften består af lukkede sløjfer, der giver den mulighed for at forlade vores dimension i modsætning til åbne tråde, som er bedre jordede.
Hvorfor kan vi ikke se alle disse dimensioner?
Fordi de findes på et så lille niveau, at de er usynlige for os og trodser detektering. De er kompakte, udstyret på en sådan måde, at de gengiver fysikken i vores verden og foldes ind i interessante Calabi-Yau-former. Forskellige former for Calabi Yau giver mulighed for forskellige strengvibrationer og meget forskellige universer.
Vi kan endda teste påståede flere universer. Da vi antager, at tyngdekraften siver ind i højere dimensioner, bør der være mindre tid efter kollisionen af to partikler end før kollisionen. Men selv under de mest gunstige forhold ville det være utroligt vanskeligt, undvigende at teste noget som dette.
Strengteoriberegninger udføres i simulerede universer med 10 eller 11 dimensioner, hvor matematik fungerer. Videnskabsmænd prøver derefter at slette de ekstra dimensioner, men indtil videre har ingen været i stand til at beskrive vores univers eller designe et eksperiment for at bevise en teori. Dette betyder dog ikke, at vi ikke har nogen applikationer til strengteori.
Et matematisk værktøj, der udvikles som en del af forskning i strengteori hjælper os med at forstå dele af vores univers. Vi kan bruge det til bedre at forklare informationsparadokset, kvantetyngdekraften og nogle problemer i ren matematik. Nogle forskere bruger teorien til deres beregninger i partikelfysik eller når man observerer eksotiske tilstande.
Stringteori er muligvis ikke en teori for alting, men det er i det mindste en teori om noget.
Ilya Khel