Kenningin um superstrings er vinsælt tungumál fyrir imba

Kenningin um superstrings, á vinsælum tungumálum, táknar alheiminn sem safn af titrandi þætti orku - strengja. Þau eru grundvöllur náttúrunnar. Tilgátan lýsir öðrum þáttum - branes. Öll efni í heiminum okkar samanstanda af titringi strengja og brana. Eðlilegt afleiðing kenningarinnar er lýsingin á þyngdaraflinu. Þess vegna telur vísindamenn að það inniheldur lykilinn að sameiningu þyngdarafls við aðrar milliverkanir.

Hugmyndin er að þróa

Kenningin um sameinað svið, kenningin um superstrings, er eingöngu stærðfræðileg. Eins og öll líkamleg hugtök byggist hún á jöfnum sem hægt er að túlka á vissan hátt.

Í dag veit enginn nákvæmlega hvað verður endanleg útgáfa þessa kenningar. Vísindamenn hafa frekar óljós hugmynd um sameiginlega þætti þess, en enginn hefur enn komið upp endanlegri jöfnu sem myndi fela í sér öll kenningar um superstrings, en hefur ekki enn verið staðfest í tilraunastarfi (þrátt fyrir að hafa verið hafnað). Eðlisfræðingar hafa búið til einfaldaða útgáfur af jöfnunni, en svo langt lýsir það ekki alheiminum að fullu.

Kenningin um superstrings fyrir byrjendur

Fimm tilgátur eru byggðar á tilgátu.

1. Kenningin um superstrings spáir því að allir hlutir heimsins okkar samanstanda af titringsstrengjum og orkufrumum.
2. Hún reynir að sameina almennar kenningar um afstæðiskennd (þyngdarafl) með skammtafræði.
3. Kenningin um superstrings mun sameinast öllum grundvallarstyrkum alheimsins.
4. Þessi tilgáta spáir fyrir um nýja tengingu, supersymmetry, milli tveggja grundvallar mismunandi tegundir agna, bosóna og fermions.
5. Hugtakið lýsir fjölda viðbótar, yfirleitt óviðráðanlegra mælinga á alheiminum.

Strings og Branes

Þegar kenningarnar voru upprunnin á áttunda áratugnum voru orkugjafarnir í henni talin 1-víddar hlutir - strengir. Orðið "eintvítt" segir að strengur hefur aðeins 1 vídd, lengd, í mótsögn við td ferning sem hefur lengd og hæð.

Þessar superstring kenningar eru skipt í tvo gerðir - lokað og opið. Opinn band hefur endar sem ekki snerta hvort annað, en lokað strengur er lykkja án opna enda. Þar af leiðandi kom í ljós að þessi strengir, sem kallast strengir af fyrstu gerðinni, eru háð 5 grunntegundum samskipta.

Milliverkanir byggjast á getu strengsins til að tengja og aðskilja endana sína. Þar sem endarnir á opnum strengjum geta sameinast til að mynda lokaðar strengir, getur maður ekki byggt upp kenningar um superstrings sem felur ekki í sér slöngur strengi.

Þetta virtist vera mikilvægt, þar sem lokaðir strengir hafa eiginleika, eins og eðlisfræðingar trúa, sem gætu lýst þyngdarafl. Með öðrum orðum áttaði vísindamenn að kenningin um superstrings, í stað þess að útskýra agna agna, geti lýst hegðun sinni og þyngdarafl.

Eftir margra ára var uppgötvað að til viðbótar við strengi þurfti kenningin önnur atriði. Þeir geta talist blöð eða brana. Hægt er að tengja strengi við einn eða báða hliðina.

Magnþyngdarafl

Nútíma eðlisfræði hefur tvö grundvallar vísindaleg lög: almenn kenning um afstæðiskenninguna (GTR) og skammtafræði. Þeir tákna alveg mismunandi sviðum vísinda. Quantum eðlisfræði rannsakar minnstu náttúrulegar agnir, og GTR lýsir yfirleitt eðli í mælikvarða reikistjarna, vetrarbrauta og alheimsins í heild. Tilgátur sem reyna að sameina þær eru kallaðir kenningar um skammtaþyngd. Efnilegasta af þeim í dag er strengurinn einn.

Lokaðir strengir samsvara hegðun þyngdarafls. Einkum eiga þeir eiginleika Graviton, agna sem flytja þyngdarafl milli hluta.

Sameining herafla

Strangur kenning reynir að sameina fjóra sveitir - rafsegulsvið, sterk og veik kjarnastarfsemi, og þyngdarafl - í einn. Í heimi okkar birtast þær sem fjórar mismunandi fyrirbæri en strengjafræðingar telja að í upphafi alheimsins, þegar ótrúlega miklar orkugildi væru, eru allar þessar sveitir lýst með strengjum sem hafa samskipti við hvert annað.

Supersymmetry

Allir agnir í alheiminum má skipta í tvo gerðir: Bosons og Fermions. Stringsfræðin spáir því fyrir sér að það sé tenging á milli þeirra, sem kallast supersymmetry. Fyrir supersymmetry, fyrir hverja boson það verður til fermion og fyrir hvert fermion a boson. Því miður hefur tilvist slíkra agna ekki verið staðfest fyrir tilraunir.

Supersymmetry er stærðfræðilegt samband milli þætti líkamlegra jöfnu. Það var uppgötvað á öðru sviði eðlisfræði og umsókn hennar leiddi til endurnefna kenningar um ósamhverfar strengir (eða superstring-kenning, vinsæl tungumál) um miðjan 1970.

Einn af kostum supersymmetry er að það einfaldar einfaldlega jöfnurnar og leyfir þér að útiloka nokkrar breytur. Án segulsviðs, leiða jöfnur til líkamlegra mótsagnanna, svo sem óendanlega gildi og ímyndaða orku.

Þar sem vísindamenn höfðu ekki fylgst með agnunum sem spáð var með supersymmetry, er það enn tilgáta. Margir eðlisfræðingar telja að ástæðan fyrir þessu sé þörf fyrir umtalsverðan orku, sem tengist massa vel þekkt Einstein jöfnu E = mc ² . Þessar agnir gætu verið til í upphafi alheimsins, en þegar það var kólnað niður og eftir stóra barminn dreifðu orkan, fluttu þessi agnir til lága orku.

Með öðrum orðum, strengir titringur sem hár-orka agnir misstu orku, sem breytti þeim í þætti með lægri titringi.

Vísindamenn vona að stjarnfræðilegir athuganir eða tilraunir með æðakrampum muni staðfesta kenninguna og sýna sumar ósamhverfar þættir með meiri orku.

Viðbótar mælingar

Annar stærðfræðileg afleiðing bandarátta er sú að það er skynsamlegt í heimi, þar sem fjöldi stærða er meiri en þrír. Núna eru tvær skýringar á þessu:

1. Viðbótar mælingar (sex af þeim) krullaðir eða, í hugtökum strengjafræði, þjappað í ótrúlega litla stærð sem aldrei verður litið á.
2. Við erum fastur í þrívíddu branu og aðrar víddir ná yfir það og eru óaðgengilegar fyrir okkur.

Mikilvægt stefna rannsókna meðal fræðimanna er stærðfræðileg líkan af því hvernig þessi viðbótarmynt geta tengst okkar. Nýlegar niðurstöður spá fyrir um að vísindamenn munu fljótlega geta greint þessar viðbótarþættir (ef þær eru til) í komandi tilraunum, þar sem þær kunna að vera stærri en áður var búist við.

Skilningur á markmiðinu

Markmiðið sem vísindamenn leitast við að rannsaka stórkostlega er "kenningin um allt", það er, sameinað líkamleg tilgáta sem á grundvallarstigi lýsir öllu líkamlegri veruleika. Ef árangursríkur gæti hún skýrt margar spurningar um uppbyggingu alheimsins.

Útskýring á efni og massa

Eitt af helstu verkefnum nútíma rannsókna er leit að lausnum fyrir alvöru agnir.

Strangar kenningin hófst sem hugtak sem lýsir slíkum agnum sem höfrungum, af ýmsum hærri titringstillum strengsins. Í flestum nútímalegum samsetningum er málið sem kemur fram í alheiminum okkar afleiðing af titringi strengja og brana með lægstu orku. Titringur með meiri orku mynda orkuagnir sem eru ekki til staðar í heiminum.

Massi þessara grunna agna er merki um hvernig strengirnir og branarnir eru pakkaðar í samdrættar viðbótarvíddir. Til dæmis, í einföldu tilfelli, þegar þeir eru rúllaðir í formi donut, sem kallast stærðfræðingar og eðlisfræðingar, getur strengurinn sett þetta form á tvo vegu:

• Stuttur lykkja í gegnum miðjuna;
• Langur lykkja um allan ytri ummál Torus.

Stuttur lykkja er auðvelt agna, og stór einn er þungur. Þegar umbúðirnar eru settar saman í kringum þjöppuþéttar mælingar myndast nýjar þættir með mismunandi massa.

Kenningin um superstrings er stutt og skiljanleg, einfaldlega og glæsilega útskýrir umskipti lengd að massa. Skrúfuð mælingar eru miklu flóknari en torus, en í meginatriðum eru þeir einnig að vinna.

Kannski, jafnvel þótt erfitt sé að ímynda sér að strengur umlykur torus í báðum áttum á sama tíma, þá verður niðurstaðan annar hluti með mismunandi massa. Branes geta einnig sett viðbótarmörk, skapa enn fleiri möguleika.

Skilgreining á rými og tíma

Í mörgum útgáfum vindur kenningin um superstring upp og gerir þeim ómögulegt á nútíma stigi tækniþróunar.

Á þessari stundu er ekki ljóst hvort strengseðferð getur útskýrt grundvallar eðli rýmis og tíma meira en Einstein gerði. Í mælingum hennar eru bakgrunnur fyrir samspil strengja og hafa engin raunveruleg merking.

Útskýringar voru boðnar sem voru ekki fullkomlega lokið, varðandi framsetningu geimtíma sem afleiða af heildarfjölda allra strengjaaðgerða.

Þessi nálgun samsvarar ekki hugmyndum sumra eðlisfræðinga sem leiddi til gagnrýni á tilgátan. Samkeppnishæf kenning um lykkjuþyngdarafl sem upphafspunktur notar skammtastærð á plássi og tíma. Sumir telja að í lokin muni það bara vera annar nálgun á sömu grundvallaratriðum.

Quantization of gravity

Helstu afrek þessa tilgátu, ef það er staðfest, verður skammtafræði þyngdaraflsins. Núverandi lýsing á þyngdarafl almennt afstæðiskenning er ekki sammála skammtafræði eðlisfræði. Síðarnefndu, sem leiðir til takmarkana á hegðun lítilla agna, þegar reynt er að kanna alheiminn á afar litlum mæli, leiðir til mótsagnir.

Sameining herafla

Á þessari stundu eru fjórum grundvallarstyrkir þekktir fyrir eðlisfræðinga: þyngdarafl, rafsegulsvið, veikburða og sterkar kjarnaaðgerðir. Frá ströngum kenningum fylgir það að þeir voru einu sinni öll merki um einn.

Samkvæmt þessari tilgátu, frá því að snemma alheimsins kólnaði niður eftir stóra bragðið, byrjaði þessi samskipti að sundrast í mismunandi, sem starfa í dag.

Tilraunir með mikilli orku munu einhvern tíma leyfa okkur að uppgötva sameiningu þessara sveitir, þó að slíkar tilraunir séu langt umfram núverandi tækniþróun.

Fimm valkostir

Eftir ofbeldisbyltinguna 1984 var þróunin gerð með hitahraða. Þar af leiðandi, í stað þess að eitt hugtak, fengu fimm, heitir tegund I, IIA, IIB, HO, HE, hver um sig nánast alveg lýst heiminum okkar, en ekki alveg.

Eðlisfræðingar, sem endurskoða útgáfur af strengarannsóknum í von um að finna alhliða sanna formúlu, skapa 5 mismunandi sjálfbærar útgáfur. Sumir eiginleikar þeirra endurspegla líkamlega veruleika heimsins, aðrir voru ekki í samræmi við raunveruleikann.

M-kenning

Á ráðstefnu árið 1995 lagði eðlisfræðingur Edward Witten djörf lausn á vandanum af fimm tilgátum. Byggt á nýlega uppgötvaði tvíbura, urðu þau öll sérstök tilvik um eitt alhliða hugtak sem kallast Witten M-kenningin um superstrings. Eitt af lykilhugtökum hennar var branes (skammstöfun frá himnunni), grundvallar hlutir áttu meira en 1 vídd. Þrátt fyrir að höfundurinn hafi ekki boðið upp á fulla útgáfu, sem enn er ekki tiltæk, samanstendur M-kenningin um superstrings stuttlega af eftirfarandi eiginleikum:

• 11-vídd (10 staðbundin plús 1 tíma vídd);
• Duality, sem leiðir til fimm kenninga útskýrir sömu líkamlega veruleika;
• Branes eru strengir, með meira en 1 vídd.

Afleiðingar

Þar af leiðandi, í stað þess að einn, voru ^10.500 ákvarðanir. Fyrir suma eðlisfræðinga, þetta var orsök kreppunnar, en aðrir samþykktu mannfræðilegan grundvöll sem útskýrir eiginleika alheimsins með nærveru okkar í henni. Það er enn að búast við, þegar fræðimenn vilja finna aðra leið til að vísa í kenningar um superstrings.

Sumar túlkanir segja að heimurinn okkar sé ekki sá eini. Róttækar útgáfur leyfa tilvist óendanlegs fjölda alheima, þar af eru nokkrar afrit af okkar.

Kenningin um Einstein spáir fyrir tilvist brotið rými, sem kallast wormhole eða Einstein-Rosen brú. Í þessu tilfelli eru tvö fjarlæg svæði tengd með stuttri leið. Kenningin um superstrings leyfir ekki aðeins þessu, heldur einnig tengingu fjarlægra punkta samhliða heima. Jafnvel umskipti milli alheima með mismunandi eðlisfræðilegum lögum er mögulegt. Hins vegar er mögulegt að skammtafræðiþyngdarfræðingurinn muni gera tilvist þeirra ómögulegt.

Margir eðlisfræðingar telja að hólógrafísk grundvallarregla, þegar allar upplýsingar sem er að finna í rúmmál plássins, svara til upplýsinganna sem skráð eru á yfirborðinu, mun leyfa dýpri skilningi á hugtakinu orkuþræði.

Sumir telja að kenningin um superstrings leyfir fjölmörgum tímamælingum, sem afleiðingin getur verið ferð í gegnum þau.

Að auki er í tilgátuinni val á stóru barmalíkaninu, þar sem alheimurinn okkar birtist vegna árekstra tveggja brana og fer í gegnum endurteknar hringrásir sköpunar og eyðingar.

Endanlegt örlög alheimsins hefur alltaf uppteknum eðlisfræðingum og endanleg útgáfa strengjafræðinnar mun hjálpa til við að ákvarða þéttleika efnisins og kosmískan stöðugleika. Með því að þekkja þessar merkingar munu heimspekingar geta staðfest hvort alheimurinn muni minnka þar til það springur þannig að allt byrjar aftur.

Enginn veit hvað vísindagreinin getur leitt til fyrr en hún er þróuð og prófuð. Einstein, sem skrifaði jöfnunina E = mc ² , átti ekki von á því að það myndi leiða til kjarnorkuvopna. Höfundarnir í skammtafræði eðlisfræði vissu ekki að það myndi verða grundvöllur þess að búa til leysir og smári. Og þó að enn sé ekki vitað hvað þetta eingöngu fræðileg hugtak mun leiða til, sýnir sagan að það mun örugglega vera eitthvað framúrskarandi.

Nánari upplýsingar um þessa tilgátu er að finna í bókinni Theory of Superstrings fyrir imba Andrew Zimmermann.