6
За начинаещите струнната теория е първоначално една очарователна, но силно абстрактна представа, според която основните градивни елементи на Вселената не са точковидни частици, а миниатюрни, вибриращи нишки (струни) с дължина на Планк.
Струнната теория за начинаещи: произход и основна идея
Струнната теория възниква в края на 60-те и началото на 70-те години на миналия век, първоначално като опит да се опишат по единен начин многото елементарни частици и сили в природата, особено в областта на силното взаимодействие.
- Учените забелязаха, че много явления могат да бъдат обяснени чрез модели, ако частиците се разглеждат не като точки, а като малки, едноизмерни „струни”.
- Бозонната струнна теория беше една от първите варианти и описва само бозони, т.е. частици с цялочислен спин, но се сблъсква с проблеми, например съществуването на тахионни състояния (частици с въображаема маса) и това, че фермионите (частици с половин спин) не се включват.
- По-късно теорията беше доразвита до суперструнна теория, която включва както бозони, така и фермиони и прилага принципа на суперсиметрията – т.е. за всеки бозон има фермионен партньор. Това развитие беше важно за преодоляване на бозонните слабости.
Ето как работи теорията: Вибрации, измерения и компактификация
Основната идея е: цялата материя и всички взаимодействия се състоят от миниатюрни, вибриращи струни.
- Различните видове колебания на тези струни създават различни частици с различни свойства като маса, заряд или спин – подобно на струната на музикален инструмент, при която различните колебания създават различни тонове. Струната може да бъде отворена (с крайни точки) или затворена (пръстеновидна форма) и в зависимост от това как колебае, се проявява определено свойство на частицата.
- За да функционира математически последователно, тази теория се нуждае от повече от нашите познати четири измерения (три пространствени и едно времево). В бозонната струнна теория това са 26 измерения, а в суперструнната теория – 10 измерения. Допълнителните измерения се постулират така, че са „навити“ или компактифицирани в микроскопичен мащаб – това означава, че не ги възприемаме в ежедневието си, защото са много малки или са скрити в специални топологични структури.
- Често срещан модел за това са т.нар. многообразия на Калаби-Яу, специални форми на пространството, които могат да поемат шестте допълнителни пространствени измерения на суперструнната теория, без да нарушават известните физични закони.
Амбиция и настояща ситуация
Голямата цел на струнната теория е да обедини квантовата теория (която описва поведението на частиците в микрокосмоса) и общата теория на относителността (която разглежда гравитацията и поведението на пространството и времето в макрокосмоса) в една единна рамка.
- Досега тези две теории не са напълно съвместими, особено когато се разглеждат много малки разстояния (мащаб на Планк) или много силна гравитация (например черни дупки). Струнната теория би могла да бъде „световна формула“, в която двете се обединяват.
- Съществуват различни варианти на суперструнната теория, например тип I, тип IIA, тип IIB, хетеротични теории (E₈×E₈ и SO(32)), които се различават по вида на струните (отворени/затворени), броя на суперсиметриите и свойствата.
- Към момента все още няма експериментално доказателство, което да потвърждава категорично струнната теория. Досега не са открити суперсиметрични партньорски частици, а допълнителните измерения не са доказани чрез измервания.
- Много от математическите структури, компактификациите и изборът на многообразието на Калаби-Яу са предмет на интензивни изследвания, а тяхното влияние върху наблюдаваните физични явления все още е хипотетично.
previous post