Hari ini, gambaran saintifik dunia dibentuk sedemikian rupa sehingga alam semesta kita diatur oleh dua set undang-undang - relativiti umum, yang menerangkan karya graviti yang luar biasa, dan mekanik kuantum, yang menerangkan tiga interaksi lain dari alam semesta (nuklear kuat, nuklear lemah dan elektromagnetisme). Anda boleh mengambil undang-undang ini dan menerapkannya pada benda-benda dalam skala besar - planet, galaksi, dan kemudian ke skala terkecil - proton dan neutron. Tetapi mengapa alam menjadikan dua set undang-undang yang terpisah untuk alam semesta?
Teori superstring adalah usaha untuk menjawab dua soalan: Adakah cara untuk menggabungkan relativiti am dan mekanik kuantum untuk membuat "teori segalanya"? Dari mana semuanya terdiri?
Teori superstring
Dulu kita menganggap bahawa blok kehidupan adalah atom, komponen jirim terkecil. Tetapi kemudian kita memukul atom dan menjumpai zarah unsur, begitu kecil sehingga kita bahkan tidak dapat melihatnya tanpa mengubah dengan cara tertentu. Untuk melihat sesuatu, kita memerlukan cahaya terlebih dahulu untuk memantul objek dan memukul mata kita, membentuk gambar. Cahaya terdiri daripada gelombang elektromagnetik yang bebas melalui zarah unsur. Kita dapat menjadikan gelombang ini lebih padat, menambahkan tenaga pada mereka sehingga menghantam zarah-zarah dan kita dapat melihatnya, tetapi sebaik sahaja sesuatu menyentuh zarah, ia berubah, jadi kita tidak dapat melihatnya dalam keadaan asalnya. Kami tidak tahu seperti apa zarah unsur. Seperti tenaga gelap, bahan gelap, kita tidak dapat melihat fenomena ini secara langsung, tetapi kita mempunyai alasan untuk mempercayaibahawa mereka wujud.
Kami menganggap zarah-zarah ini sebagai titik di ruang angkasa, walaupun pada kenyataannya tidak. Untuk semua kekurangannya, kaedah ini - idea mekanik kuantum yang daya dibawa oleh zarah - memberi kita idea yang baik tentang alam semesta dan membawa kepada penembusan seperti pelarut kuantum dan kereta api levitasi magnetik. Relativiti umum itu sendiri juga merupakan ujian masa yang baik, menjelaskan bintang-bintang neutron dan anomali orbit Mercury, meramalkan lubang hitam dan cahaya melengkung. Tetapi, persamaan relativiti umum, malangnya, berhenti berfungsi di tengah lubang hitam dan pada malam Big Bang. Masalahnya adalah mustahil untuk menyatukannya, kerana graviti dikaitkan dengan geometri ruang dan waktu, ketika jarak diukur dengan tepat, tetapi di dunia kuantum tidak ada cara untuk mengukur apa-apa.
Ketika para saintis berusaha mencipta zarah baru yang akan mengikat graviti dengan mekanik kuantum, matematik mereka gagal.
Dari satu segi, saya terpaksa kembali ke papan hitam. Oleh itu, saintis telah menyatakan bahawa komponen terkecil dari alam semesta bukan titik, tetapi tali. Getaran tali yang berbeza menghasilkan zarah unsur yang berbeza seperti quark. Tali bergetar dapat membentuk semua jirim dan keempat daya di alam semesta - termasuk graviti.
Video promosi:
Dimensi yang lebih tinggi
Teori superstring mempunyai masalah. Ia tidak akan berfungsi jika kita menganggap bahawa hanya ada tiga dimensi ruang dan satu dimensi temporal di mana kita hidup. Teori tali memerlukan anda bermain sekurang-kurangnya sepuluh dimensi.
Ketika GR pertama kali disusun, graviti memutarbelitkan ruang dan masa untuk menggambarkan kekuatan ini. Oleh itu, jika seseorang ingin menggambarkan kekuatan lain, seperti elektromagnetisme, dia perlu menambahkan dimensi baru. Para saintis menulis persamaan yang menggambarkan lengkung dan kecacatan alam semesta dengan dimensi tambahan, dan memperoleh persamaan asal elektromagnetisme. Penemuan yang luar biasa.
Dimensi tambahan teori rentetan dapat membantu kita menjelaskan mengapa nombor di alam semesta kita dikalibrasi sedemikian rupa sehingga membiarkan semua wujud. Sebagai contoh, mengapa kelajuan cahaya 299,792,458 meter sesaat? Mereka juga cuba menjawab soalan mengenai graviti - mengapa kekuatan ini begitu lemah? Ini adalah yang paling lemah dari empat interaksi asas: 1040 kali lebih lemah daripada daya elektromagnetik. Cukup sekadar membongkok dan mengangkat buku dari lantai untuk menolaknya. Secara teori, ini kerana graviti meresap ke dimensi yang lebih tinggi. Graviti terdiri daripada helai gelung tertutup yang memungkinkan untuk meninggalkan dimensi kita, berbanding helai terbuka, yang lebih baik dibumikan.
Mengapa kita tidak dapat melihat semua dimensi ini?
Kerana mereka ada pada tahap yang kecil sehingga mereka tidak dapat dilihat oleh kita dan menentang pengesanan. Mereka ringkas, dilengkapi sedemikian rupa sehingga mereka menghasilkan semula fizik dunia kita, melipat menjadi bentuk Calabi-Yau yang menarik. Bentuk Calabi Yau yang berlainan memungkinkan untuk getaran rentetan yang berbeza dan alam semesta yang sangat berbeza.
Kita bahkan boleh menguji pelbagai alam semesta. Oleh kerana kita menganggap bahawa graviti meresap ke dimensi yang lebih tinggi, semestinya lebih sedikit masa selepas perlanggaran dua zarah daripada sebelum perlanggaran. Tetapi walaupun dalam keadaan yang paling baik, menguji sesuatu seperti ini akan menjadi sukar, sukar difahami.
Pengiraan teori tali dilakukan dalam simulasi alam semesta dengan 10 atau 11 dimensi di mana matematik berfungsi. Para saintis kemudian berusaha untuk menghapus dimensi tambahan, tetapi sejauh ini tidak ada yang berjaya menggambarkan alam semesta kita atau membuat eksperimen untuk membuktikan teori. Namun, ini tidak bermaksud bahawa kita tidak mempunyai aplikasi untuk teori rentetan.
Alat matematik yang dikembangkan sebagai sebahagian daripada penyelidikan teori tali membantu kita memahami bahagian-bahagian alam semesta kita. Kita dapat menggunakannya untuk menjelaskan paradoks maklumat, graviti kuantum, dan beberapa masalah dalam matematik tulen. Sebilangan saintis menggunakan teori untuk pengiraannya dalam fizik zarah atau ketika memerhatikan keadaan jirim yang eksotik.
Teori rentetan mungkin bukan teori segalanya, tetapi sekurang-kurangnya itu adalah teori sesuatu.
Ilya Khel
