Teoria strun jest próbą połączenia dwóch filarów fizyki XX wieku - mechaniki kwantowej i teorii względności Alberta Einsteina - z nadrzędnymi ramami, które mogą wyjaśnić całą rzeczywistość fizyczną. Próbuje to zrobić, zakładając, że cząstki są w rzeczywistości jednowymiarowymi, podobnymi do strun istotami, których wibracje określają właściwości cząstek, takie jak ich masa i ładunek.
Ten sprzeczny z intuicją pomysł został po raz pierwszy opracowany w latach 60. i 70. XX wieku, kiedy struny były używane do modelowania danych pochodzących z zderzaków subatomowych w Europie, zgodnie z witryną o teorii strun utworzoną przez University of Oxford i British Royal Society. Struny stanowiły elegancki matematyczny sposób opisu silnej siły, jednej z czterech podstawowych sił we wszechświecie, która utrzymuje jądra atomowe.
Temat pozostawał marginalny przez wiele lat, aż do „rewolucji teorii strun” w 1984 r., Kiedy teoretycy Michael Green i John Schwarz stworzyli równania, które pokazały, w jaki sposób struny unikały pewnych niespójności plagujących modele opisujące cząstki jako obiekty punktowe, według University of Cambridge.
Ale ten pierwszy rozkwit pozostawił badaczom pięć różnych teorii wyjaśniających, w jaki sposób jednowymiarowe struny oscylowały w 10-wymiarowej rzeczywistości. Druga rewolucja nastąpiła w 1995 r., Kiedy fizycy wykazali, że wszystkie te różne idee były ze sobą powiązane i można je połączyć z inną teorią zwaną supergrawitacją, która działała w 11 wymiarach. Takie podejście wygenerowało obecne wcielenie teorii strun.
Odkrywanie tajemnic
Teoria strun jest jedną z proponowanych metod tworzenia teorii wszystkiego, modelu opisującego wszystkie znane cząstki i siły, który zastąpiłby standardowy model fizyki, który może wyjaśnić wszystko oprócz grawitacji. Wielu naukowców wierzy w teorię strun ze względu na jej matematyczną urodę. Równania teorii strun są opisywane jako eleganckie, a ich opisy świata fizycznego są uważane za niezwykle satysfakcjonujące.
Teoria wyjaśnia grawitację za pomocą szczególnej wibrującej struny, której właściwości odpowiadają hipotetycznemu grawitonowi, kwantowej cząstce mechanicznej, która przenosi siłę grawitacyjną. To, że teoria dziwnie wymaga 11 wymiarów do działania - zamiast trzech przestrzeni i jednego czasu, którego normalnie doświadczamy - nie zniechęciło fizyków, którzy ją popierają. Po prostu opisali, w jaki sposób wszystkie dodatkowe wymiary są zwinięte w bardzo małej przestrzeni, rzędu 10 ^ -33 centymetrów, co jest na tyle małe, że normalnie nie jesteśmy w stanie ich wykryć, zgodnie z NASA.
Naukowcy wykorzystali teorię strun, aby odpowiedzieć na podstawowe pytania dotyczące wszechświata, takie jak to, co dzieje się w czarnej dziurze, lub symulować procesy kosmiczne, takie jak Wielki Wybuch. Niektórzy naukowcy próbowali nawet wykorzystać teorię strun, aby opanować ciemną energię, tajemniczą siłę przyspieszającą ekspansję przestrzeni i czasu.
Niekończąca się pogoń
Ale teoria strun została ostatnio poddana większej analizie. Większość jego prognoz jest nie do sprawdzenia przy obecnej technologii, a wielu badaczy zastanawiało się, czy wpadają w niekończącą się dziurę królika. W 2011 r. Fizycy zebrali się w Amerykańskim Muzeum Historii Naturalnej na jedenastą coroczną debatę poświęconą pamięci Izaaka Asimova, aby omówić, czy warto sięgnąć do teorii strun jako realnego opisu rzeczywistości.
„Czy gonisz ducha, czy też twoja kolekcja jest po prostu zbyt głupia, żeby to rozgryźć?” dokuczał Neil deGrasse Tyson, dyrektor muzeum Hayden Planetarium, który zauważył, że postęp w teorii strun był nierównomierny w poprzednich latach.
Ostatnie wyzwania dla teorii strun pochodzą od samego frameworka, który przewiduje istnienie potencjalnie ogromnej liczby unikalnych wszechświatów, aż 10 ^ 500 (to jest liczba 1, po której następuje 500 zer). Ten wszechświatowy krajobraz wydawał się zapewniać wystarczające możliwości, że gdyby badacze je zbadali, natrafiliby na taki, który odpowiadałby naszej własnej wersji rzeczywistości. Ale w 2018 r. Wpływowy artykuł sugerował, że żaden z tych niezliczonych hipotetycznych wszechświatów nie wyglądałby jak nasz kosmos; szczególnie brakowało opisu ciemnej energii, jaką obecnie rozumiemy.
„Teoretycy strun proponują pozornie nieskończoną liczbę konstrukcji matematycznych, które nie mają znanego związku z obserwacją” - Sabine Hossenfelder, fizyk z Instytutu Zaawansowanych Badań we Frankfurcie, krytykowana przez teorię strun, powiedziała wcześniej Live Science.
Inni badacze twierdzą, że teoria strun pewnego dnia przyniesie rezultaty. Pisząc w czasopiśmie Physics Today fizyk Gordon Kane z University of Michigan zasugerował, że dzięki obecnie przeprowadzanym ulepszeniom Wielki Zderzacz Hadronów może dostarczyć dowodów na teorię strun w najbliższej przyszłości. Ale ostateczny los teorii jest jak dotąd nieznany.
