Superstring teorya popular na wika para sa Dummies

Superstring teorya, sa popular na wika, ang uniberso bilang isang hanay ng vibrating strands ng enerhiya - mga string. Ang mga ito ay ang batayan ng likas na katangian. Hypothesis naglalarawan ng iba pang mga elemento - branes. Ang lahat ng mga sangkap sa ating mundo ay binubuo ng vibrations ng string at branes. Ang isang natural na kalalabasan ng ang teorya ay ang paglalarawan ng grabidad. Iyon ay kung bakit ang mga siyentipiko ay naniniwala na ito ay naglalaman ng mga susi sa pag-iisa ng gravity sa iba pang mga pakikipag-ugnayan.

Ang konsepto ay binuo

Ang teorya ng pinag-isang patlang, superstring teorya - pulos matematika. Tulad ng lahat ng mga pisikal na mga konsepto, ito ay batay sa mga equation na maaaring interpreted sa isang tiyak na paraan.

Ngayon, walang nakakaalam kung ano mismo ang magiging huling bersyon ng teorya na ito. Ang mga siyentipiko ay may isang halip hindi malinaw na ideya ng kanyang mga karaniwang mga elemento, ngunit walang isa ay hindi pa makabuo ng isang pangwakas na equation ay engulfed lahat ng superstring teorya at eksperimento ay hindi pa nagawang upang kumpirmahin ito (kahit na pabulaanan masyadong). Physicists ay lumikha ng isang pinasimple na bersyon ng equation, ngunit sa ngayon ito ay hindi lubos na naglalarawan sa aming uniberso.

Superstring teorya para sa mga nagsisimula

Sa teorya sa limang pangunahing ideya.

1. Superstring teorya hinuhulaan na ang lahat ng bagay sa ating mundo ay binubuo ng vibrating strands ng enerhiya at membranes.
2. Siya sumusubok sa pag-areglo ng pangkalahatang relatibidad (gravity) na may quantum physics.
3. Superstring teorya ay isama ang lahat ng mga pangunahing pwersa ng uniberso.
4. Teorya na ito ay hinuhulaan ng isang bagong koneksyon, supersymmetry, sa pagitan ng dalawang sa panimula iba't ibang mga uri ng mga particle, boson at fermion.
5. Ang konsepto ay naglalarawan ng isang bilang ng mga karagdagang, kadalasang unobservable sukat ng uniberso.

String at branes

Kapag ang theory lumitaw sa 1970s, enerhiya strands sa loob nito ay itinuturing na 1-dimensional na mga bagay - mga string. Ang salitang "one-dimensional" ay nagpapahiwatig na ang mga string ay may lamang ng isang dimensyon, haba, bilang kabaligtaran sa, halimbawa, ang isang parisukat, na may isang haba at taas.

Ang mga superstring teorya divides sa dalawang uri - sarado at bukas. Buksan ang string ay may mga tip na ay wala sa contact sa bawat isa, habang ang closed string ay isang loop na walang bukas na dulo. Bilang isang resulta, ito ay natagpuan na ang mga string, string na tinatawag na ang unang uri, nakalabas na 5 pangunahing uri ng mga pakikipag-ugnayan.

Pakikipag-ugnayan ay ayon sa mga string kakayahan upang kumonekta at ibahagi ang kanilang mga tip. Dahil ang dulo ng mga bukas na mga string ay maaaring dumating nang sama-sama upang bumuo ng closed, ito ay imposible upang bumuo ng isang teorya ng superstrings, hindi kabilang ang isang looped string.

Ito di-napatutunayang mahalaga bilang closed string ay may mga ari-arian na ay pinaniniwalaan na physics na maaaring ilarawan ang gravity. Sa ibang salita, siyentipiko natanto na ang superstring teorya, sa halip na nagpapaliwanag ng mga bagay na particle ay maaaring ilarawan ang kanilang pag-uugali at ang puwersa ng grabidad.

Taon mamaya ito ay natuklasan na, bilang karagdagan sa mga string, at iba pang mga mahahalagang elemento ng teorya. Maaari silang ma-itinuturing na mga sheet o brane. String ay maaaring naka-attach sa mga ito ng isa o magkabilang panig.

quantum gravity

Modern physics ay may dalawang pangunahing pang-agham na batas: ang general theory of relativity (GR) at quantum. Sila ay kumakatawan sa isang ganap na iba't-ibang larangan ng agham. Quantum physics deal sa tiniest particle ng natural at GTR, bilang isang patakaran, ay naglalarawan sa likas na katangian ng ang laki ng mga planeta, galaxy at uniberso bilang isang buo. Pagpapalagay na subukan upang pagsamahin ang mga ito, ay tinatawag na ang teorya ng quantum gravity. Ang pinaka-promising sa mga ito ay ngayon ang string.

Closed thread tumutugma sa ang pag-uugali ng grabidad. Sa partikular, sila ay nagtataglay ng mga katangian ng graviton tinga transporting gravity pagitan ng mga bagay.

Ang pagsali pwersa

String theory na susubok upang mapag-isa ang apat na pwersa - electromagnetic, malakas at mahina nuclear pwersa, at gravity - sa isa. Sa ating mundo, manifest nila ang kanilang mga sarili bilang apat na iba't ibang mga phenomena, ngunit string theorists naniniwala na sa unang bahagi ng uniberso, kapag mayroong mga hindi kapani-paniwalang mataas na antas ng enerhiya, ang lahat ng mga pwersa ay inilarawan sa pamamagitan ng string, nakikipag-ugnayan sa bawat isa.

supersymmetry

Ang lahat ng mga particle sa uniberso ay maaaring nahahati sa dalawang uri: mga boson at fermion. String teorya hinuhulaan na mayroong isang ugnayan sa pagitan ng mga ito, na kilala bilang supersymmetry. Kung supersymmetry para sa bawat boson at fermion ay dapat na umiiral para sa bawat fermion - boson. Sa kasamaang palad pagtuklas iral ng naturang mga particle ay hindi nakumpirma.

Supersymmetry ay isang matematikal na relasyon sa pagitan ng mga elemento ng pisikal na equation. Siya ay natagpuan sa ibang lugar ng physics at ang kanyang application humantong sa pagpapalit ng pangalan ng ang teorya ng supersymmetry string (o superstring teorya, sa popular na wika) sa kalagitnaan ng 1970 ni.

Isa sa mga pakinabang ng supersymmetriya ay tumutulong ito lubos na pinapasimple ang equation, na nagpapahintulot sa upang matanggal ang ilang mga variable. Kung wala supersymmetry equation humantong sa pisikal contradictions, tulad ng walang-katapusang halaga at haka-haka antas ng enerhiya.

Dahil siyentipiko ay hindi siniyasat ng isang particle hinulaang sa pamamagitan supersymmetry, ito ay pa rin ng isang teorya. Maraming mga physicists naniniwala na ang dahilan para sa na ito - ang pangangailangan para sa isang makabuluhang halaga ng enerhiya, na kung saan ay kaugnay sa isang kilalang bigat ng Einstein equation E = mc ^2. Ang mga particle ay maaaring umiiral sa sinaunang uniberso, ngunit bilang ito ay cooled down, at pagkatapos ng Big Bang, ang enerhiya pagkalat, ang mga particle ay inilipat sa mababang antas ng enerhiya.

Sa ibang salita, ang mga string vibrate pati na bahagi'y nawala enerhiya na nakatakot sa kanila elemento na may mas mababang vibration.

Ang mga mananaliksik umasa na pagmamasid pang-astronomiya o eksperimento na may maliit na butil accelerators kumpirmahin teorya, pagkilala ilan sa supersymmetric elemento na may mas mataas na enerhiya.

karagdagang measurements

Iba pang mga matematikal na kinahinatnan ng string theory ay tumutulong ito ang akma sa mundo, ang bilang ng mga sukat ay mas malaki kaysa tatlo. Sa kasalukuyan, mayroong dalawang mga paliwanag para rito:

1. Karagdagang mga sukat (anim sa mga ito) ay may nakatuping, o, sa terminolohiya ng string theory kompatipikado sa hindi kapani-paniwalang maliit na sukat, upang maramdaman na hindi kailanman ay magtagumpay.
2. Kami ay suplado sa isang 3-dimensional brane, at iba pang mga sukat extend na lampas ito at hindi magagamit sa amin.

Isang mahalagang lugar ng pananaliksik sa gitna theorists ay ang mathematical modeling ng kung paano ang mga karagdagang mga posisyon ay maaaring ma-link sa aming mga sarili. Kamakailang mga resulta mahuhulaan na ang mga siyentipiko ay malapit nang ma-detect ang mga dagdag na sukat (kung umiiral ang mga ito) sa mga paparating na mga eksperimento, pati na maaaring sila ay mas malaki kaysa sa dati inaasahan.

unawa sa mga layunin

Ang layunin na hinahangad sa pamamagitan ng mga siyentipiko sinisiyasat superstrings - "teorya ng lahat ng bagay", ibig sabihin, ang isang solong pisikal na teorya na sa isang pangunahing antas ay naglalarawan ng lahat ng pisikal na katotohanan ... Kung matagumpay, maaari itong linawin ng maraming mga katanungan tungkol sa istraktura ng aming uniberso.

Paliwanag ng mga bagay at mass

Isa sa mga pangunahing gawain ng modernong pananaliksik - ang paghahanap para sa mga solusyon sa mga tunay na particle.

String theory nagsimula bilang isang konsepto na naglalarawan sa mga maliit na piraso gaya hadron, iba't-ibang mas mataas na vibrational estado ng string. Sa karamihan ng mga modernong formulations, matter, na-obserbahan sa ating uniberso ay ang resulta ng panginginig ng boses ng mga string at branes may pinakamababang enerhiya. Ang vibrations makabuo ng mas maraming mga particle mataas na enerhiya, na kung saan ay ngayon sa ating mundo ay hindi umiiral.

Ang masa ng mga elementarya particle ay isang paghahayag ng kung paano ang mga string at branes kompatipikadong nakabalot sa karagdagang sukat. Halimbawa, sa isang pinasimple na kapag sila ay nakatiklop sa hugis ng isang donut, na tinatawag na mathematicians at physicists torus string ay maaaring I-wrap ang form na ito sa dalawang paraan:

• maikling loop sa pamamagitan ng mga sentro ng torus;
• mahabang loop sa paligid ng buong outer circumference ng torus.

Ang maikling loop ay magaan maliit na butil, at pinaka - malubhang. Kapag balutin mo ang string sa paligid ng toroidal kompatipikado pagsukat ng pagbuo ng mga bagong elemento na may iba't ibang mga masa.

Superstring teorya Panandalian at malinaw, simple at elegante nagpapaliwanag ang paglipat haba sa masa. Pinaliit na pagsukat ay mas mahirap torus, ngunit sa katwiran din sila ng trabaho.

Ito ay kahit posible, kahit na ito ay mahirap na isipin na ang kurdon bumabalot torus sa dalawang direksyon nang sabay-sabay, na kung saan ay magreresulta sa iba pang mga particle na may ibang masa. Branes maaari ring balutin ng dagdag na sukat, paglikha ng mas maraming mga pagkakataon.

Kahulugan ng space at oras

Sa maraming mga bersyon ng superstring teorya ng mga nagko-collapse pagsukat, paggawa ng mga ito unobservable sa kasalukuyang antas ng pag-unlad ng teknolohiya.

Sa kasalukuyan ito ay hindi malinaw kung ang string theory ay maaaring ipaliwanag ang mga pangunahing likas na katangian ng espasyo at oras kaysa ginawa Einstein. Ito dimensyon ay ang backdrop sa pakikipag-ugnayan ng mga string at malayang tunay na kahulugan hindi.

Nag-aalok kami ng paliwanag, ay hindi ganap na tinatapos, na may kaugnayan sa pagsusumite ng space-time bilang isang hinalaw ng kabuuang halaga ng lahat ng mga pakikipag-ugnayan string.

diskarte na ito ay hindi matugunan ang mga tanawin ng ilang mga pisiko na ay humantong sa mga pintas ng teorya. Competitive teorya ng loop kabuuan gravity bilang isang panimulang punto gamit ang quantization ng espasyo at oras. Naniniwala ang ilan na kalaunan ito ay magiging lamang ng isang iba't ibang mga diskarte sa lahat ng parehong mga pangunahing teorya.

Quantization ng gravity

Ang pangunahing tagumpay ng teorya na ito, kung nakumpirma, ay magiging isang quantum theory of gravity. Kasalukuyang paglalarawan ng grabidad sa pangkalahatang relatibidad ay hindi naaayon sa quantum physics. Huling, kahanga-hanga mga paghihigpit sa ang pag-uugali ng mga maliliit na particle, habang sinusubukang upang galugarin ang uniberso sa isang lubhang maliit na scale ay humahantong sa contradictions.

Ang pag-iisa ng mga pwersa

Sa kasalukuyan, physicists ay kilala apat na pangunahing pwersa: gravity, electromagnetic, mahina at malakas nuclear pakikipag-ugnayan. Mula sa string theory na ito ay nagpapahiwatig na sa sandaling ang lahat ng mga ito ay manipestasyon ng pareho.

Ayon sa teorya na ito, tulad ng sa sinaunang uniberso cooled pagkatapos ng big bang, ito ay isang solong pakikipag-ugnayan ay nahati sa iba't ibang mga operating ngayon.

Eksperimento na may mataas na enerhiya na ba-daan sa amin upang mahanap ang unyon ng mga pwersa, kahit na ang mga eksperimentong ito ay malayo na lampas sa kasalukuyang pag-unlad ng teknolohiya.

limang mga pagpipilian

Pagkatapos Superstring rebolusyon sa 1984, ang pag-unlad ay naganap sa isang nilalagnat tulin. Bilang isang resulta, sa halip na isa konsepto naka-limang, na tinatawag na type ko, IIA, IIB, Ho, HE, ang bawat isa na kung saan ay halos ganap na naglalarawan sa ating mundo, ngunit hindi hanggang sa katapusan.

Physics, pagpindot bersyon ng string theory sa pag-asa ng paghahanap ng mga tunay na unibersal na formula, na nilikha ng 5 iba't ibang mga variant ng self-sapat. Ang ilan sa kanilang mga ari-arian na sumasalamin sa pisikal na katotohanan ng mundo, ang iba ay hindi totoo.

M-theory

Sa isang conference sa 1995, ang pisisista Edward Witten iminungkahi ng isang naka-bold na solusyon sa limang mga pagpapalagay. Batay sa mga kamakailan-lamang na pagkatuklas ng duality, ang lahat ng mga ito ay naging espesyal na kaso ng isang solong komprehensibong konsepto na tinatawag na Witten M theory of superstrings. Isa sa mga pangunahing konseptong ito ay naging brane (pagpapaikli ng lamad), pangunahing bagay pagkakaroon ng higit sa isang dimensyon. Kahit na ang mga may-akda ay hindi inaalok ang buong bersyon, na kung saan ay hindi sa ngayon, ang M theory of superstrings Panandalian ay binubuo ng mga sumusunod na tampok:

• 11-dimensyon (10 plus 1 spatial temporal dimensyon);
• duality, na humahantong sa limang teoryang nagpapaliwanag ng parehong pisikal na katotohanan;
• branes - mga string, na may higit sa 1 pagsukat.

pagsisiyasat

Bilang isang resulta, sa halip na isa doon ay 10 ⁵⁰⁰ mga desisyon. Para sa ilang mga physicists ito ay ang sanhi ng krisis, habang ang iba ay kinuha anthropic prinsipyo, na nagpapaliwanag kung ang mga katangian ng uniberso sa aming presensya sa loob nito. Ito ay nananatiling upang ma-inaasahan, kapag theorists ay makakahanap ng isa pang paraan upang mag-navigate ang superstring theory.

Ang ilang mga interpretations sabihin na ang ating mundo ay hindi ang isa lamang. Ang pinaka-radikal bersyon payagan ang pagkakaroon ng isang walang-katapusang bilang ng mga universes, ang ilan ay naglalaman eksaktong kopya ng aming mga sarili.

Einstein teorya hinuhulaan ang pagkakaroon ng isang nai-minimize na espasyo, na kung saan ay tinatawag na isang wormhole o Einstein-Rosen tulay. Sa kasong ito ang dalawang remote site na nauugnay maikling talata. Superstring teorya ay nagbibigay-daan hindi lamang iyon, kundi pati na rin ang koneksyon ng mga remote na mga punto ng parallel na mundo. Maaari mo ring magpalit sa pagitan ng mga universes na may iba't ibang mga batas ng pisika. Gayunman, ang malamang na opsyon, kapag ang quantum theory of gravity ay gawin ang kanilang pag-iral imposible.

Maraming mga physicists naniniwala na ang holographic prinsipyo, kapag ang lahat ng mga impormasyon na nakapaloob sa ang lakas ng tunog na espasyo, ay tumutugma sa impormasyon na naitala sa ibabaw, ay magbibigay-daan sa isang mas malalim-unawa sa mga konsepto ng kapangyarihan strands.

Ang ilang mga naniniwala na ang superstring teorya ay nagbibigay-daan sa maramihang mga sukat ng oras, na nagreresulta sa ay maaaring maging isang paglalakbay sa pamamagitan ng mga ito.

Bilang karagdagan, sa balangkas ng teorya ay may isang alternatibo sa modelo Big Bang, ayon sa kung saan ang aming uniberso ay ang resulta ng isang banggaan sa pagitan ng dalawang branes at napupunta sa pamamagitan ng paulit-ulit cycle ng paglikha at pagsira.

Ang tunay na kapalaran ng uniberso ay palaging sinasakop physicists, at ang huling bersyon ng string theory ay maaaring makatulong na matukoy ang density ng matter at kosmolohiko pare-pareho. Pag-alam ang mga halagang ito, cosmologists ay magagawang upang matukoy kung ang uniberso ay pag-urong hanggang, hanggang sa ito explodes, ang lahat ng nagsimula muli.

Walang nakakaalam sa mga kahihinatnan ng pang-agham na teorya, hangga't ito ay hindi na binuo at nasubok. Einstein, pagsusulat ng mga equation E = mc ^2, ay hindi inaasahan na ito ay humantong sa paglitaw ng nuclear weapons. Ang mga tagalikha ng quantum physics ay hindi alam na ito ay ang batayan para sa mga laser at ang transistor. At kahit na ito ay hindi pa kilala kung ano ang kalooban tulad ng isang payak na panteorya konsepto, kasaysayan ay nagpapakita na tiyak na makakuha ng isang bagay na hindi pangkaraniwang.

Para sa karagdagang impormasyon sa teorya na ito ay matatagpuan sa aklat Endryu Tsimmermana "Super String Theory for Dummies."