Teori Superstring bahasa popular for Dummies

teori Superstring, dalam bahasa popular, adalah alam semesta sebagai satu set bergetar helai tenaga - tali. Mereka adalah asas alam semula jadi. Hipotesis menerangkan elemen-elemen lain - branes. Semua bahan-bahan di dunia kita terdiri daripada getaran tali dan branes. Satu akibat semula jadi teori ini adalah penerangan graviti. Itulah sebabnya mengapa saintis percaya bahawa ia mengandungi kunci kepada penyatuan graviti dengan interaksi lain.

konsep ini dibangunkan

Teori medan bersatu, teori Superstring - semata-mata matematik. Seperti semua konsep fizikal, ia adalah berdasarkan kepada persamaan yang boleh ditafsirkan dengan cara yang tertentu.

Hari ini, tiada siapa yang tahu apa yang akan menjadi versi akhir teori ini. Para saintis mempunyai idea yang agak samar-samar dari elemen yang sama, tetapi tiada siapa yang masih belum tampil dengan persamaan akhir akan melanda semua teori Superstring dan percubaan belum dapat mengesahkan ia (walaupun menyangkal juga). Ahli fizik telah mencipta versi mudah persamaan, tetapi setakat ini ia tidak cukup menggambarkan alam semesta kita.

teori Superstring untuk pemula

Dalam hipotesis pada lima idea utama.

1. teori Superstring meramalkan bahawa semua objek dunia kita terdiri daripada bergetar helai tenaga dan membran.
2. Dia cuba untuk mendamaikan kerelatifan am (graviti) dengan fizik kuantum.
3. teori Superstring akan mengintegrasikan semua kuasa asas alam semesta.
4. hipotesis ini meramalkan sambungan baru, supersymmetry, antara dua jenis asasnya berbeza zarah, boson dan fermion.
5. Konsep ini menerangkan beberapa tambahan, dimensi biasanya tidak boleh diperhatikan alam semesta.

Tali dan branes

Apabila teori itu timbul pada 1970-an, lembar tenaga di dalamnya dianggap objek 1-dimensi - tali. Perkataan "satu dimensi" menunjukkan bahawa rentetan hanya mempunyai satu dimensi, panjang, berbanding dengan, sebagai contoh, persegi, yang mempunyai panjang dan ketinggian.

Ini teori Superstring membahagikan kepada dua jenis - tertutup dan terbuka. Terbuka rentetan mempunyai tips yang tidak berada dalam hubungan dengan satu sama lain, manakala string tertutup adalah gelung tanpa hujung terbuka. Hasilnya, ia telah mendapati bahawa tali ini, rentetan dipanggil jenis pertama, terdedah 5 jenis asas interaksi.

Interaksi adalah berdasarkan rentetan keupayaan untuk menyambung dan berkongsi tips mereka. Sejak hujung tali terbuka boleh datang bersama-sama untuk membentuk tertutup, ia adalah mustahil untuk membina teori superstrings, tidak termasuk rentetan bergelung.

Ini terbukti penting kerana tali tertutup mempunyai ciri-ciri yang dipercayai fizik yang boleh menggambarkan graviti. Dengan kata lain, saintis menyedari bahawa teori Superstring, bukan menerangkan zarah jirim boleh menggambarkan tingkah laku mereka dan daya graviti.

Tahun kemudian ia telah mendapati bahawa, selain daripada tali, dan unsur-unsur penting yang lain teori. Mereka boleh dianggap sebagai kepingan atau brane. Strings boleh dilampirkan kepada mereka satu atau kedua-dua belah pihak.

graviti kuantum

fizik moden mempunyai dua undang-undang saintifik utama: teori umum relativiti (GR) dan kuantum. Mereka mewakili bidang yang sama sekali berbeza daripada sains. tawaran fizik kuantum dengan yang paling kecil semula jadi dan GTR, sebagai peraturan, menerangkan sifat skala planet, galaksi dan alam semesta secara keseluruhannya. Hipotesis yang cuba untuk menggabungkan mereka, dipanggil teori graviti kuantum. Yang paling menjanjikan ini kini merupakan tali.

thread tertutup sesuai dengan tingkah laku graviti. Khususnya, mereka mempunyai ciri-ciri tarikan bumi zarah mengangkut graviti antara objek.

bergabung tenaga

teori tali cuba untuk menyatukan empat daya - elektromagnet, kuat dan lemah kuasa nuklear, dan graviti - menjadi satu. Dalam dunia kita, mereka terserlah empat fenomena yang berbeza, tetapi ahli-ahli teori string percaya bahawa di alam semesta awal, apabila terdapat tahap yang amat tinggi tenaga, semua kuasa-kuasa ini adalah seperti yang dinyatakan oleh tali, berinteraksi antara satu sama lain.

supersymmetry

Semua zarah di alam semesta boleh dibahagikan kepada dua jenis: boson dan fermion. teori tali meramalkan bahawa terdapat hubungan di antara mereka, yang dikenali sebagai supersymmetry. Jika supersymmetry untuk setiap boson dan fermion mesti wujud bagi setiap fermion - boson. Malangnya uji kaji kewujudan zarah itu tidak disahkan.

Supersymmetry hubungan matematik antara unsur-unsur persamaan fizikal. Dia ditemui di kawasan yang berbeza fizik dan aplikasinya membawa kepada penamaan semula teori string supersymmetry (atau teori Superstring, dalam bahasa popular) pada pertengahan 1970-an.

Salah satu kelebihan supersymmetry ialah ia dapat memudahkan persamaan, yang membolehkan untuk menghapuskan beberapa pembolehubah. Tanpa supersymmetry persamaan membawa kepada percanggahan fizikal, seperti nilai yang tidak terhingga dan khayalan tahap tenaga.

Sejak saintis telah tidak dipatuhi zarah diramalkan oleh supersymmetry, ia masih hipotesis. Ramai ahli fizik percaya bahawa sebab untuk ini - keperluan untuk jumlah besar tenaga, yang dikaitkan dengan berat badan yang dikenali persamaan Einstein E = mc ^2. Zarah-zarah ini boleh wujud di alam semesta awal, tetapi kerana ia telah sejuk, dan selepas Big Bang, penyebaran tenaga, zarah ini dipindahkan ke tahap tenaga yang rendah.

Dengan kata lain, tali bergetar zarah tenaga setinggi kehilangan tenaga, yang menjadikan mereka unsur-unsur dengan getaran yang lebih rendah.

Penyelidik berharap pemerhatian astronomi atau eksperimen dengan pemecut zarah mengesahkan teori, mengenal pasti beberapa elemen supersymmetric dengan tenaga yang lebih tinggi.

ukuran tambahan

akibat matematik yang lain teori tali adalah bahawa ia masuk akal di dunia, bilangan ukuran adalah lebih besar daripada tiga. Pada masa ini, terdapat dua penjelasan untuk ini:

1. ukuran tambahan (enam daripada mereka) telah dilipat, atau, dalam istilah teori tali compactified kepada saiz yang sangat kecil, untuk melihat yang tidak pernah akan berjaya.
2. Kami terperangkap dalam brane 3 dimensi, dan dimensi lain melampaui dan tidak ada pada kita.

Kawasan yang penting penyelidikan di kalangan ahli-ahli teori adalah pemodelan matematik bagaimana jawatan-jawatan tambahan boleh dikaitkan dengan kita sendiri. keputusan baru-baru ini meramalkan bahawa ahli-ahli sains tidak lama lagi akan dapat mengesan ini dimensi tambahan (jika wujud) dalam eksperimen yang akan datang, kerana mereka mungkin lebih besar daripada yang dijangkakan sebelum ini.

memahami tujuan tersebut

Tujuan dicari oleh saintis menyiasat superstrings - "teori segala-galanya", iaitu hipotesis fizikal tunggal yang pada peringkat asas menerangkan semua realiti fizikal ... Jika berjaya, ia boleh menjelaskan banyak pertanyaan tentang struktur alam semesta kita.

Penjelasan jirim dan jisim

Salah satu tugas utama kajian moden - mencari penyelesaian kepada zarah sebenar.

teori tali bermula sebagai satu konsep yang menerangkan zarah seperti hadrons, pelbagai negeri getaran yang lebih tinggi daripada tali-tali. Dalam kebanyakan formulasi moden, perkara, diperhatikan dalam alam semesta kita adalah hasil daripada getaran tali dan branes dengan tenaga yang paling rendah. Getaran menjana lebih banyak zarah bertenaga tinggi, yang kini di dunia kita tidak wujud.

Jisim ini zarah asas adalah manifestasi bagaimana tali dan branes compactified dibungkus dalam dimensi tambahan. Sebagai contoh, dalam dipermudahkan apabila mereka dilipat dalam bentuk donut, yang dipanggil ahli matematik dan ahli fizik torus rentetan boleh balut borang ini dalam dua cara:

• gelung singkat melalui pusat torus;
• gelung panjang di seluruh lilitan luar keseluruhan torus itu.

Gelung pendek adalah zarah cahaya, dan yang paling - teruk. Apabila anda membalut tali sekitar toroidal yang compactified berukuran pembentukan unsur-unsur baru dengan ramai yang berbeza.

Superstring teori secara ringkas dan jelas, mudah dan elegan menjelaskan panjang peralihan di besar-besaran. pengukuran runtuh adalah torus jauh lebih sukar, tetapi pada dasarnya mereka juga bekerja.

Ia adalah mustahil, walaupun ia adalah sukar untuk membayangkan bahawa saraf wrap torus dalam dua arah pada masa yang sama, yang akan menyebabkan zarah lain dengan jisim yang berbeza. Branes juga boleh membungkus dimensi tambahan, mewujudkan lebih banyak peluang.

Definisi ruang dan masa

Dalam banyak versi Superstring teori runtuh pengukuran, menjadikan mereka tidak boleh diperhatikan pada paras semasa pembangunan teknologi.

Pada masa ini ia tidak jelas sama ada teori tali boleh menjelaskan sifat asas ruang dan masa daripada melakukan Einstein. Ia dimensi adalah latar belakang untuk interaksi tali dan rasa sebenar bebas tidak.

Kami menawarkan penjelasan, belum muktamad sepenuhnya, yang berhubungan dengan penyerahan ruang-masa sebagai derivatif daripada jumlah amaun kesemua interaksi tali.

Pendekatan ini tidak memenuhi pandangan beberapa ahli fizik yang telah membawa kepada kritikan terhadap hipotesis. teori kompetitif graviti kuantum gelung sebagai titik permulaan menggunakan pengkuantuman ruang dan masa. Ada yang percaya bahawa akhirnya ia akan hanya pendekatan yang berbeza untuk semua hipotesis asas yang sama.

Pengkuantuman graviti

Pencapaian utama hipotesis ini, jika disahkan, akan menjadi satu teori kuantum graviti. Huraian semasa graviti dalam kerelatifan am tidak selaras dengan fizik kuantum. Lalu, mengenakan sekatan ke atas tingkah laku zarah kecil, ketika cuba untuk meneroka alam semesta dalam skala yang sangat kecil membawa kepada percanggahan.

Penyatuan kuasa-kuasa

Pada masa ini, ahli fizik terkenal empat daya asas: graviti, elektromagnet, interaksi nuklear lemah dan kuat. Dari teori string ia menunjukkan bahawa semua mereka dahulu manifestasi yang sama.

Menurut hipotesis ini, kerana alam semesta awal disejukkan selepas Big Bang, ia adalah satu interaksi tunggal telah berpecah kepada operasi yang berbeza hari ini.

Eksperimen dengan tenaga yang tinggi pernah membolehkan kita untuk mencari kesatuan kuasa-kuasa ini, walaupun eksperimen ini adalah jauh di luar pembangunan teknologi semasa.

lima pilihan

Selepas Superstring revolusi pada tahun 1984, pembangunan itu berlaku pada kadar yang demam. Hasilnya, bukan satu konsep bertukar lima, yang dipanggil jenis I, IIA, IIB, HO, HE, setiap yang hampir menerangkan dunia kita, tetapi tidak ke akhir.

Fizik, menyentuh versi teori rentetan dalam harapan untuk mencari formula sejagat benar, dicipta 5 varian berbeza berdikari. Antara sifat-sifat mereka mencerminkan realiti fizikal dunia, yang lain adalah tidak benar.

M-teori

Pada sidang pada tahun 1995, ahli fizik Edward Witten cadangan penyelesaian berani kepada lima hipotesis. Berdasarkan penemuan baru-baru ini dualiti, mereka semua menjadi kes khas satu konsep menyeluruh tunggal yang dipanggil Witten M teori superstrings. Salah satu daripada konsep utama ia menjadi brane (singkatan membran), objek asas yang mempunyai lebih daripada satu dimensi. Walaupun penulis telah tidak ditawarkan versi penuh, yang tidak begitu jauh, teori M daripada superstrings secara ringkas terdiri daripada ciri-ciri berikut:

• 11-dimensi (10 tambah 1 ruang dimensi duniawi);
• dualiti, yang membawa kepada lima teori menjelaskan realiti fizikal yang sama;
• branes - tali, dengan lebih daripada 1 pengukuran.

penyiasatan

Hasilnya, bukan satu terdapat 10 ⁵⁰⁰ keputusan. Bagi sesetengah ahli fizik ia adalah punca krisis, sementara yang lain mengambil prinsip Antropik, yang menjelaskan sifat-sifat alam semesta dengan kehadiran kami di dalamnya. Ia masih belum dapat dijangka, apabila ahli-ahli teori akan mencari cara lain untuk mengemudi teori Superstring itu.

Beberapa tafsiran mengatakan bahawa dunia kita bukan satu-satunya. Versi yang paling radikal membenarkan kewujudan nombor tak terhingga alam semesta, ada yang mengandungi salinan yang sama dengan kita sendiri.

teori Einstein meramalkan kewujudan ruang dikurangkan, yang dipanggil lubang ulat atau Einstein-Rosen jambatan. Dalam kes ini tapak jauh kedua-dua berkaitan petikan pendek. teori Superstring membolehkan bukan sahaja, tetapi juga berkaitan mata terpencil di dunia selari. Anda juga boleh beralih antara alam semesta dengan undang-undang yang berbeza fizik. Walau bagaimanapun, pilihan yang besar, apabila teori kuantum graviti akan membuat kewujudan mereka mustahil.

Ramai ahli fizik percaya bahawa prinsip hologram, apabila semua maklumat yang terkandung dalam ruang kelantangan, sepadan dengan maklumat yang direkodkan di permukaan, akan membolehkan pemahaman yang lebih mendalam tentang konsep helai kuasa.

Ada yang percaya bahawa teori Superstring yang membolehkan pelbagai ukuran masa, menyebabkan boleh menjadi satu perjalanan yang melalui mereka.

Di samping itu, dalam rangka hipotesis terdapat alternatif kepada model Big Bang, mengikut mana alam semesta kita adalah hasil daripada pertembungan antara dua branes dan akan melalui kitaran berulang penciptaan dan kemusnahan.

Nasib muktamad alam semesta sentiasa diduduki ahli fizik, dan versi akhir teori tali boleh membantu menentukan ketumpatan jirim dan pemalar kosmologi. Mengetahui nilai-nilai ini, ahli kosmologi akan dapat menentukan sama ada alam semesta akan mengecut sehingga, sehingga ia meletup, semua dimulakan sekali lagi.

Tiada siapa yang tahu akibat teori saintifik, selagi ia tidak akan dibangunkan dan diuji. Einstein, menulis persamaan E = mc ^2, tidak menjangkakan bahawa ia akan membawa kepada kemunculan senjata nuklear. Pencipta fizik kuantum tidak tahu bahawa ia akan menjadi asas bagi laser dan transistor. Dan walaupun ia belum diketahui apa yang akan seperti satu konsep semata-mata teori, menunjukkan sejarah yang pasti akan mendapat sesuatu yang luar biasa.

Untuk maklumat lanjut mengenai hipotesis ini boleh didapati di dalam buku Endryu Tsimmermana yang "String Theory Super untuk patung."