Teorie superstrings je populární jazyk pro figuríny

Teorie superstringů v populárním jazyce představuje vesmír jako soubor vibračních pramenů energetických řetězců. Jsou základem přírody. Tato hypotéza popisuje další prvky - brané. Všechny látky v našem světě se skládají z vibrací strun a bran. Přírodním důsledkem teorie je popis gravitace. Proto vědci věří, že obsahují klíč ke spojení gravitace s jinými interakcemi.

Koncept se vyvíjí

Teorie sjednoceného pole, teorie superstruktur, je čistě matematická. Stejně jako všechny fyzické pojmy je založen na rovnicích, které lze interpretovat určitým způsobem.

Dnes nikdo přesně neví, jaká bude konečná verze této teorie. Vědci mají poněkud vágní představu o svých společných prvků, ale nikdo zatím nepřišel s konečnou rovnici by pohltil všechny teorie superstrun a experiment dosud nebyla schopna ji potvrdit (ačkoli vyvrátit taky). Fyzici vytvořili zjednodušené verze rovnice, ale doposud zcela neopisuje náš vesmír.

Teorie superstringů pro začátečníky

Na hypotéze vychází pět hypotéz.

1. Teorie superstrings předpovídá, že všechny objekty našeho světa se skládají z vibrujících pramenů a energetických membrán.
2. Snaží se spojit obecnou teorii relativity (gravitace) s kvantovou fyzikou.
3. Teorie superstrings spojuje všechny základní síly vesmíru.
4. Tato hypotéza předpovídá nové spojení, supersymetrii, mezi dvěma zásadně odlišnými typy částic, bosonů a fermionů.
5. Koncept popisuje řadu dodatečných, obvykle nepozorovatelných měření vesmíru.

Struny a bradavky

Když se teorie objevila v sedmdesátých letech, vlákna energie v ní byly považovány za jednorozměrné objekty - řetězce. Slovo "jednorozměrné" říká, že řetězec má pouze 1 rozměr, délku, na rozdíl od například čtverce o délce a výšce.

Tato superstringová teorie je rozdělena do dvou typů - uzavřených a otevřených. Otevřený řetězec má konce, které se navzájem nedotýkají, zatímco uzavřený řetězec je smyčka bez otevřených konců. V důsledku toho bylo zjištěno, že tyto řetězce, nazývané řetězce prvního typu, podléhají pěti základním typům interakcí.

Interakce jsou založeny na schopnosti řetězce spojovat a oddělovat své konce. Vzhledem k tomu, že konce otevřených řetězců se mohou spojit a tvoří uzavřené řetězce, nelze vytvořit teorii superstruktur, která neobsahuje smyčkové řetězce.

To se ukázalo být důležité, protože uzavřené řetězce mají vlastnosti, jak věří fyzici, které by mohly popisovat gravitaci. Jinými slovy, vědci si uvědomili, že teorie superstringů, namísto vysvětlení částic hmoty, může popsat jejich chování a gravitaci.

Po mnoha letech bylo zjištěno, že kromě řetězců teorie potřebovala další prvky. Mohou být považovány za plechy nebo branky. Na jednu nebo na obou stranách lze připojit řetězce.

Kvantová gravitace

Moderní fyzika má dvě základní vědecké zákony: obecnou teorii relativity (GTR) a kvantovou teorii. Představují zcela odlišné oblasti vědy. Kvantová fyzika studuje nejmenší přirozené částice a GTR zpravidla popisuje povahu ve stupních planet, galaxií a vesmíru jako celku. Hypotézy, které se je snaží spojit, se nazývají teorie kvantové gravitace. Nejslibnější z nich dnes je řetězec jedna.

Uzavřené prameny odpovídají chování gravitace. Obzvláště mají vlastnosti gravitonu, který přenáší hmotu mezi předměty.

Sjednocení sil

Teorie řetězce se snaží spojit čtyři síly - elektromagnetické, silné a slabé jaderné interakce a gravitaci - do jednoho. V našem světě, které se projevují jako čtyři různé jevy, ale strun teoretici věří, že v raném vesmíru, kdy tam bylo neuvěřitelně vysoké hladiny energie, všechny tyto síly jsou popsány řetězců, komunikovat mezi sebou navzájem.

Supersymmetrie

Všechny částice vesmíru lze rozdělit na dva typy: bosony a fermiony. Teorie řetězce předpovídá, že mezi nimi existuje spojení, nazývaná supersymmetrie. Pro supersymmetrii musí existovat pro každý boson fermion a pro každý fermion boson. Bohužel existence těchto částic nebyla experimentálně potvrzena.

Supersymmetrie je matematický vztah mezi prvky fyzikálních rovnic. Byla nalezena v jiné oblasti fyziky a jeho použití vedlo k přejmenování teorie supersymetrie řetězce (nebo teorie superstrun, v populárním jazyce) v polovině roku 1970.

Jednou z výhod supersymmetrie je to, že výrazně zjednodušuje rovnice a umožňuje vyloučit některé proměnné. Bez supersymetrie vedou rovnice k fyzickým rozporům, jako jsou nekonečné hodnoty a imaginární energetických úrovní.

Vzhledem k tomu, že vědci nepozorovali částice předpověděné supersymmetrií, je to stále hypotéza. Mnoho fyziků se domnívá, že důvodem je nutnost významného množství energie, která je spojena s hmotností známé Einsteinovy ​​rovnice E = mc². Tyto částice by mohly existovat v časném vesmíru, ale jak se ochlazovaly a po Velkém třesku se energie rozšířila, tyto částice se dostaly do nízkoenergetických hladin.

Jinými slovy struny vibrující jako částice s vysokou energií ztratily energii, což je změnilo na prvky s nižšími vibracemi.

Vědci doufají, že astronomická pozorování nebo experimenty s urychlovačem částic potvrdí teorii a odhalí některé z supersymetrických prvků vyšší energií.

Další měření

Další matematický důsledek teorie strun je, že má smysl ve světě, jehož počet rozměrů je větší než tři. V současné době existují dvě vysvětlení:

1. Další měření (šest z nich) se zkřivily nebo v terminologii teorie strun zhutnily na neuvěřitelně malou velikost, která nikdy nebude vnímána.
2. My jsme uvízli v třírozměrné bráně a jiné rozměry jsou mimo něj a jsou pro nás nepřístupné.

Důležitou částí výzkumu mezi teoretiky je matematické modelování toho, jak mohou být tyto další souřadnice související s našimi. Nedávné výsledky předpovídají, že vědci brzy budou schopni rozpoznat tato další měření (pokud existují) v nadcházejících experimentech, protože mohou být větší, než se očekávalo.

Pochopení cíle

Cílem hledali vědci zkoumající superstruny - „teorie všeho“, tedy jediný fyzický hypotézu, že na základní úrovni jsou popsány všechny fyzickou realitu ... Pokud by byla úspěšná, mohla by objasnit mnoho otázek ohledně struktury našeho vesmíru.

Vysvětlení hmoty a hmoty

Jednou z hlavních úkolů moderního výzkumu je hledání řešení pro reálné částice.

Teorie řetězce začala jako koncept, který popisuje takové částice jako hadrony, různými vyššími vibračními stavy řetězce. Ve většině moderních formulací je věc pozorovaná v našem vesmíru výsledkem vibrací strun a branek s nejnižší energií. Vibrace s vyšší energií vytvářejí částice s vysokou energií, které v současnosti v našem světě neexistují.

Hmotnost těchto elementární částice je projevem toho, jak jsou řetězce a brané zabaleny do kompaktních dodatečných rozměrů. Například ve zjednodušeném případě, když jsou srolovány v podobě koblihy, nazývané matematiky a fyzici, může řetězec tuto formu zabalit dvěma způsoby:

• krátká smyčka uprostřed torusu;
• Dlouhá smyčka kolem celého vnějšího obvodu torusu.

Krátká smyčka bude snadno částicová a velká bude těžká. Při obalení řetězců kolem kompaktních měření tvaru torusu se vytvářejí nové prvky s různými hmotami.

Teorie superstruktur je krátká a srozumitelná, jednoduchá a elegantní vysvětluje přechod délky k hmotnosti. Sbalené měření jsou mnohem komplikovanější než torus, ale v zásadě fungují také.

Snad i když je obtížné si představit, že řetězec obalí torus ve dvou směrech současně, bude výsledkem další částice s jinou hmotností. Svorky mohou také zabalit další rozměry a vytvářet ještě více možností.

Definice prostoru a času

V mnoha verzích se teorie měření superstringů stává nedotčitelnou na moderní úrovni vývoje technologií.

V současné době není jasné, zda teorie strun může vysvětlit základní povahu prostoru a času více než Einstein. Ve svých měřeních jsou pozadí interakce řetězců a nemají žádný skutečný význam.

Byly poskytnuty vysvětlení, které nebyly plně rozvinuty, týkající se reprezentace prostoru a času jako odvozeného součtu všech řetězových interakcí.

Tento přístup neodpovídá myšlenkám některých fyziků, což vedlo k kritice hypotézy. Konkurenční teorie smyčková kvantová gravitační smyčka jako výchozí bod používá kvantizaci prostoru a času. Někteří věří, že nakonec bude jen další přístup k stejné základní hypotéze.

Kvantování gravitace

Hlavní úspěch této hypotézy, pokud je potvrzen, bude kvantová teorie gravitace. Aktuální popis gravitace obecně relativita nesouhlasí s kvantovou fyzikou. Ten druhý, který ukládá omezení chování malých částic, když se snaží zkoumat vesmír ve velmi malém měřítku, vede k rozporům.

Sjednocení sil

V současné době jsou fyzikům známy čtyři základní síly: gravitace, elektromagnetické, slabé a silné jaderné interakce. Z teorie strun vyplývá, že kdysi byly všechny projevy jednoho.

Podle této hypotézy, protože časný vesmír se po Velkém třesku zchladil, tato jediná interakce se začala rozpadat na jiné, dnes působící.

Experimenty s vysokými energiemi nám jednou umožňují objevit sjednocení těchto sil, i když takové experimenty jsou daleko za současným vývojem technologie.

Pět možností

Po superstring revoluci 1984, vývoj byl prováděn s horečnou rychlostí. Výsledkem bylo, že namísto jednoho konceptu bylo získáno pět jmenovek typu I, IIA, IIB, HO, HE, z nichž každý téměř téměř popisoval náš svět, ale ne úplně.

Fyzici, kteří zkoumají verze teorie strun v naději, že najdou univerzální pravou formulaci, vytvořili 5 různých soběstačných možností. Některé z jejich vlastností odrážejí fyzickou realitu světa, jiné neodpovídají realitě.

M-teorie

Na konferenci v roce 1995 navrhl fyzik Edward Witten odvážné řešení problému pěti hypotéz. Na základě nově objevené duality se všechny staly speciálními případy jednoho komplexního pojetí nazývaného Witten M-teorie superstringů. Jedním z jeho klíčových pojmů byly branes (zkratka z membrány), základní objekty s více než jedním rozměrem. Ačkoli autor nenabídl plnou verzi, která ještě není k dispozici, M-teorie superstruktur se stručně skládá z následujících rysů:

• 11-dimenzionální (10 prostorových a 1 časových rozměrů);
• dualita, která vede k pěti teoriím vysvětlujícím tutéž fyzickou skutečnost;
• brané jsou řetězce s více než 1 rozměrem.

Důsledky

Výsledkem bylo, že namísto jednoho bylo 10⁵⁰⁰ řešení. Pro některé fyziky to byla příčina krize, zatímco jiní přijali antropický princip, který vysvětluje vlastnosti vesmíru naší přítomností v něm. Je třeba očekávat, že když teoretici naleznou jiný způsob orientace v teorii superstruktur.

Některé interpretace říkají, že náš svět není jediný. Nejradikálnější verze umožňují existenci nekonečného počtu vesmírů, z nichž některé obsahují přesné kopie našeho.

Teorie Einsteina předpovídá existenci skládaného prostoru, který se nazývá červí díra nebo most Einstein-Rosen. V tomto případě jsou dvě vzdálené oblasti spojeny krátkou průchodkou. Teorie superstrings umožňuje nejen to, ale i spojení vzdálených bodů paralelních světů. Dokonce i přechod mezi vesmíry s různými fyzikálními zákony je možný. Nicméně je pravděpodobné, že kvantová teorie gravitace znemožní jejich existenci.

Mnoho fyziků věří, že princip Holografický, když všechny informace obsažené v objemovém prostoru, odpovídá informacím zaznamenaným na povrchu, umožní hlubší porozumění pojmu energetických pramenů.

Někteří věří, že teorie superstringů umožňuje mnoho měření času, jejichž následkem může být cesta.

Dále v hypotéze existuje alternativa k modelu Velkého třesku, podle kterého se náš vesmír objevil jako výsledek kolize dvou bran a prochází opakovanými cykly stvoření a ničení.

Konečný osud vesmíru vždy obsadil fyziky a konečná verze teorie strun pomůže určit hustotu hmoty a kosmologickou konstantu. Když vědí tyto významy, kosmologové dokážou zjistit, zda se vesmír zmenší, dokud nevybuchne, aby vše znovu začalo.

Nikdo neví, co může vést vědecká teorie, Dokud nebude vyvinut a testován. Einstein, psaní rovnice E = mc², neočekávali, že by to vedlo k vzniku jaderných zbraní. Tvůrci kvantové fyziky nevěděli, že se stane základem pro vytvoření laseru a tranzistoru. A ačkoliv ještě není známo, co tento čistě teoretický koncept povede, historie ukazuje, že jistě bude něco výjimečného.

Další podrobnosti o této hypotéze lze nalézt v knize Andrew Zimmermannové Theory of Superstrings for Dummies.