Teoria superstructurilor este o limbă populară pentru manechine

Teoria superstructurilor, în limbajul popular, reprezintă universul ca un set de fire vibrante de șiruri de energie. Ele sunt baza naturii. Ipoteza descrie alte elemente - branele. Toate substanțele din lumea noastră constau în vibrații de șiruri de caractere și branze. Consecința naturală a teoriei este descrierea gravitației. Acesta este motivul pentru care oamenii de stiinta cred ca acesta contine cheia de a combina gravitatea cu alte interactiuni.

Conceptul se dezvoltă

Teoria unui câmp unificat, teoria superstructurilor, este pur matematic. Ca toate conceptele fizice, se bazează pe ecuații care pot fi interpretate într-un anumit mod.

Astăzi, nimeni nu știe exact ce va fi versiunea finală a acestei teorii. Oamenii de stiinta au o idee destul de vagă a elementelor sale comune, dar nimeni nu a venit încă cu o ecuație finală va fi înghițită toate teoria corzilor și experiment nu a fost încă în măsură să-l confirme (deși respinge prea). Fizicienii au creat o versiune simplificată a ecuației, dar până în prezent nu descrie destul de universul nostru.

Teoria superstructurilor pentru începători

Cinci ipoteze se bazează pe ipoteză.

1. Teoria superstructurilor prezice că toate obiectele lumii noastre constau din fire vibrante și membrane de energie.
2. Încearcă să combine teoria generală a relativității (gravitației) cu fizica cuantică.
3. Teoria superstructurilor va uni toate forțele fundamentale ale universului.
4. Această ipoteză prezice o nouă conexiune, supersimetrie, între două tipuri fundamentale de particule, bosoni și fermioane.
5. Conceptul descrie un număr de măsurători adiționale, de obicei neobservabile ale universului.

Corzi și brățări

Când teoria a apărut în anii 1970, firele de energie din ea erau considerate obiecte 1-dimensionale - șiruri de caractere. Cuvântul "unidimensional" spune că un șir are doar 1 dimensiune, o lungime, spre deosebire de, de exemplu, un pătrat care are lungimea și înălțimea.

Aceste teorii superstring sunt împărțite în două tipuri - închise și deschise. O șir deschis are capete care nu se ating unul de altul, în timp ce un șir închis este o buclă fără capete deschise. Ca rezultat, sa constatat că aceste șiruri, numite șiruri de primul tip, sunt supuse la 5 tipuri de interacțiuni de bază.

Interacțiunile se bazează pe capacitatea șirului de a se conecta și a se separa. Deoarece capetele șirurilor deschise se pot uni pentru a forma șiruri închise, nu se poate construi o teorie a superstructurilor care nu include șiruri de buclă.

Acest lucru sa dovedit a fi important, deoarece corzile închise au proprietăți, după cum cred fizicienii, care ar putea descrie gravitatea. Cu alte cuvinte, oamenii de știință au realizat că teoria superstructurilor, în loc să explice particulele de materie, le poate descrie comportamentul și gravitatea.

După mulți ani sa descoperit că, în plus față de șiruri, teoria necesită alte elemente. Ele pot fi considerate foi sau branze. Stringurile pot fi atașate la una sau la ambele părți.

Cuvânt de gravitate

Fizica modernă are două legi științifice fundamentale: teoria generală a relativității (GTR) și teoria cuantică. Ele reprezintă domenii complet diferite ale științei. se ocupă de fizica cuantica cu cele mai mici particule de naturale și RTG, de regulă, descrie natura scara de planete, galaxii și universul ca întreg. Ipotezele care încearcă să le unească sunt numite teorii ale gravității cuantice. Cele mai promițătoare dintre ele astăzi este șirul de șir.

Liniile închise corespund comportamentului gravitației. În particular, ele posedă proprietățile unui graviton, o particulă care transportă gravitația între obiecte.

Unificarea forțelor

Teoria corzilor încearcă să unească cele patru forțe - forțele nucleare electromagnetice puternice și slabe și gravitate - într-una singură. În lumea noastră, ei se manifesta ca patru fenomene diferite, dar teoreticienii șir cred că în universul timpuriu, atunci când au existat niveluri incredibil de mari de energie, toate aceste forțe sunt descrise de siruri de caractere, care interacționează unele cu altele.

supersimetria

Toate particulele din univers pot fi împărțite în două tipuri: bosoni și fermioane. String teoria prezice că există o legătură între ele, numită supersimetrie. Pentru supersimetrie, pentru fiecare boson trebuie să existe un fermion și pentru fiecare fermion un boson. Din păcate, existența unor astfel de particule nu a fost confirmată experimental.

Supersimetria este o relație matematică între elementele ecuațiilor fizice. A fost descoperit într-un alt domeniu al fizicii, iar aplicarea sa a dus la redenumirea teoriei șirurilor supersimetrice (sau a teoriei superstring, limbaj popular) la mijlocul anilor 1970.

Unul dintre avantajele supersimetriei este că simplifică foarte mult ecuațiile, permițându-vă să excludeți unele variabile. Fără supersimetrie, ecuațiile conduc la contradicții fizice, cum ar fi valori infinite și imaginare nivelurile de energie.

Întrucât oamenii de știință nu au observat particulele prezise de supersimetrie, aceasta este încă o ipoteză. Mulți fizicieni cred că motivul pentru aceasta este nevoia unei cantități semnificative de energie, care este legată de masa binecunoscutei ecuații Einstein E = mc². Aceste particule ar putea exista în universul timpuriu, dar pe măsură ce sa răcit, iar după Big Bang, energia sa răspândit, aceste particule s-au mutat la niveluri reduse de energie.

Cu alte cuvinte, corzile care vibrează ca particule de energie înaltă au pierdut energie, ceea ce le-a transformat în elemente cu vibrații mai joase.

Oamenii de știință speră că observațiile astronomice sau experimentele cu acceleratoarele de particule vor confirma teoria, dezvăluind unele dintre elementele supersimetrice cu o energie mai mare.

Măsurători suplimentare

O altă consecință matematică a teoriei corzilor este că ea are sens într-o lume a cărei număr de dimensiuni este mai mare de trei. În prezent, există două explicații pentru aceasta:

1. Măsurători suplimentare (șase dintre ele) au pliat, sau, în terminologia teoriei corzilor compactified la dimensiunea incredibil de mici, de a percepe, care nu va reuși niciodată.
2. Suntem blocati intr-o branza tridimensionala, iar alte dimensiuni se extind dincolo de ea si sunt inaccesibile pentru noi.

O linie importantă de cercetare între teoreticieni este modelarea matematică a modului în care aceste coordonate suplimentare pot fi corelate cu ale noastre. Rezultatele recente prevăd că oamenii de știință vor putea în curând detecta aceste măsurători suplimentare (dacă există) în experimentele viitoare, deoarece acestea ar putea fi mai mari decât se anticipase anterior.

Înțelegerea obiectivului

Scopul la care oamenii de știință încearcă să investigheze superstringul este "teoria tuturor", adică o ipoteză fizică unificată care la nivelul fundamental descrie întreaga realitate fizică. Dacă ar reuși, ar putea clarifica multe întrebări despre structura universului nostru.

Explicarea materiei și a masei

Una dintre sarcinile principale ale cercetării moderne este căutarea unor soluții pentru particule reale.

Teoria șirurilor au început ca un concept care descrie astfel de particule ca hadronii, prin diferite stări vibraționale mai înalte ale șirului. În majoritatea formulelor moderne, materia observată în universul nostru este rezultatul vibrațiilor de corzi și de porumb cu cea mai mică energie. Vibrațiile cu energie mai mare generează particule de energie înaltă, care în prezent nu există în lumea noastră.

Masa acestora particule elementare este o manifestare a modului în care șirurile și brandele sunt înfășurate în dimensiuni suplimentare compacte. De exemplu, într-o procedură simplificată atunci când sunt pliate în formă de gogoașă, numit matematicieni și fizicieni Torus șir poate încheia această formă în două moduri:

• o buclă scurtă prin mijlocul torusului;
• O buclă lungă în jurul întregii circumferințe exterioare a torului.

O bucla scurta va fi o particula usoara, iar cea mare va fi una grea. Atunci când înfășurați șiruri în jurul măsurătorilor compacte în formă de torus, se formează elemente noi cu mase diferite.

Teoria superstructurilor este scurtă și ușor de înțeles, explică simplu și elegant tranziția lungimii în masă. Măsurătorile încovoiate sunt mult mai complicate decât un torus, dar, în principiu, ele funcționează.

Poate că, chiar dacă este dificil să ne imaginăm că o coardă înfășoară un torus în două direcții în același timp, rezultatul va fi o altă particulă cu o masă diferită. Branes poate de asemenea să înfășoare dimensiuni suplimentare, creând chiar și mai multe posibilități.

Definiția spațiului și a timpului

În multe versiuni, teoria superstringului de măsurare se învârte, făcându-le neobservate la nivelul modern al dezvoltării tehnologiei.

În prezent, nu este clar dacă teoria corzilor poate explica natura fundamentală a spațiului și a timpului mai mult decât a făcut-o Einstein. În măsurătorile ei sunt fundalul pentru interacțiunea șirurilor și nu au nici un sens adevărat real.

Au fost oferite explicații, care nu au fost pe deplin dezvoltate, referitoare la reprezentarea spațiului-timp ca derivă a sumei totale a tuturor interacțiunilor șir.

Această abordare nu corespunde ideilor unor fizicieni, care au condus la critica ipotezei. Teoria concurențială buclă cu gravitatea cuantică ca punct de pornire utilizează cuantizarea spațiului și a timpului. Unii cred că în final va fi doar o altă abordare a aceleiași ipoteze de bază.

Cuantificarea gravitației

Principala realizare a acestei ipoteze, dacă este confirmată, va fi teoria cuantică a gravitației. Descrierea curentă gravitate în relativitatea generală nu este de acord cu fizica cuantică. Acesta din urmă, impunând restricții asupra comportamentului particulelor mici, atunci când încearcă să exploreze universul la o scară extrem de redusă, duce la contradicții.

Unificarea forțelor

În prezent, patru fizici fundamentale sunt cunoscute de fizicieni: gravitație, electromagnetică, interacțiuni nucleare slabe și puternice. Din teoria corzilor rezultă că au fost odată toate manifestările unei singure.

Conform acestei ipoteze, de vreme ce universul timpuriu sa răcit după Big Bang, această singură interacțiune a început să se dezintegreze în diferite, acționând astăzi.

Experimentele cu energii înalte ne vor permite într-o zi să descoperim unificarea acestor forțe, deși astfel de experimente depășesc cu mult dezvoltarea actuală a tehnologiei.

Cinci opțiuni

După revoluția superstring din 1984, dezvoltarea a fost realizată cu viteză febrilă. Drept rezultat, în loc de un concept, cinci au fost obținute, numite de tip I, IIA, IIB, HO, HE, fiecare dintre ele aproape complet descris lumea noastră, dar nu complet.

Fizicienii, revizuind versiunile teoriei corzilor în speranța de a găsi o formulă universală adevărată, au creat 5 opțiuni diferite de auto-suficiență. Unele proprietăți reflectau realitatea fizică a lumii, altele nu corespundeau realității.

M-teorie

La o conferință din 1995, fizicianul Edward Witten a propus o soluție îndrăzneață la problema a cinci ipoteze. Bazându-se pe dualitatea recent descoperită, toate au devenit cazuri speciale ale unui singur concept cuprinzător numit Witten M-teoria superstructurilor. Unul dintre conceptele sale cheie a fost branele (abrevierea de la membrană), obiecte fundamentale cu mai mult de 1 dimensiune. Deși autorul nu a oferit versiunea completă, care nu este încă disponibilă, teoria M a superstringurilor constă pe scurt din următoarele caracteristici:

• 11-dimensionalitate (10 dimensiuni spațiale plus 1 timp);
• dualitate, care conduce la cinci teorii care explică aceeași realitate fizică;
• branele sunt șiruri, cu mai mult de 1 dimensiune.

investigație

Ca rezultat, în loc de unul, au fost 10⁵⁰⁰ soluții. Pentru unii fizicieni, aceasta a fost cauza crizei, în timp ce alții au acceptat principiul antropic care explică proprietățile universului prin prezența noastră în el. Rămâne de așteptat, atunci când teoreticienii vor găsi un alt mod de orientare în teoria superstructurilor.

Unele interpretări spun că lumea noastră nu este singura. Cele mai radicale versiuni permit existența unui număr infinit de universuri, dintre care unele conțin copii exacte ale noastre.

Teoria lui Einstein prezice existența unui spațiu pliat, care se numește o gaură de vierme sau un pod Einstein-Rosen. În acest caz, cele două zone îndepărtate sunt conectate printr-un pasaj scurt. Teoria superstructurilor permite nu numai acest lucru, ci și legătura dintre punctele îndepărtate ale lumilor paralele. Chiar și o tranziție între universuri cu legi diferite ale fizicii este posibilă. Cu toate acestea, este posibil ca teoria cuantică a gravitației să facă imposibilă existența lor.

Mulți fizicieni cred că principiul holografic, când toate informațiile conținute în volumul spațiului corespund informațiilor înregistrate pe suprafața sa, vor permite o înțelegere mai profundă a conceptului de fire de energie.

Unii cred că teoria superstructurilor permite o multitudine de măsurători de timp, consecința căruia poate fi o călătorie prin ele.

În plus, în cadrul ipotezei există o alternativă la modelul Big Bang, conform căruia universul nostru a apărut ca urmare a unei coliziuni a două brațe și trece prin cicluri repetate de creație și distrugere.

Destinul final al universului a ocupat întotdeauna fizicienii, iar versiunea finală a teoriei corzilor va ajuta la determinarea densității materiei și a constantei cosmologice. Cunoscând aceste semnificații, cosmologii vor putea stabili dacă universul se va micșora până când va exploda, astfel încât totul va începe din nou.

Nimeni nu știe de ce poate duce teoria științifică, Până când acesta este dezvoltat și testat. Einstein, scriind ecuația E = mc², nu se așteptau ca aceasta să conducă la apariția de arme nucleare. Creatorii de fizica cuantica nu stiau ca ar deveni baza pentru crearea unui laser si a unui tranzistor. Și, deși nu se știe încă ce va duce acest concept pur teoretic, istoria arată că va fi cu siguranță ceva deosebit.

Mai multe detalii despre această ipoteză pot fi găsite în cartea lui Andrew Zimmermann, Theory of Superstrings for Dummies.