W dziedzinie fizyki cząstek elementarnych teoria strun łączy mechanikę kwantową z ogólną teorią względności Alberta Einsteina.
Przejdź do sekcji
- Czym jest teoria strun?
- Pięć głównych idei teorii strun
- Krótka historia teorii strun
- Ucz się więcej
- Dowiedz się więcej o zajęciach MasterClass Neila deGrasse Tysona
Znany astrofizyk Neil deGrasse Tyson uczy, jak znajdować obiektywne prawdy i dzieli się swoimi narzędziami do komunikowania tego, co odkrywasz.
Ucz się więcej
Czym jest teoria strun?
Teoria strun dostarcza ram teoretycznych, w których wszystkie cząstki, od fotonów po kwarki, są strunami jednowymiarowymi, a nie punktami zerowymiarowymi. Gdyby znaleziono wersję teorii strun, która sprawdzałaby się we wszystkich kontekstach, posłużyłaby jako pojedynczy model matematyczny opisujący naturę wszechświata — teoria wszystkiego, która zastąpiłaby Model Standardowy fizyki, który nie wyjaśnia grawitacji.
Pięć głównych idei teorii strun
Zrozumienie tajników teorii strun wymaga obszernych badań, ale zapoznanie się z głównymi elementami teorii strun da podstawowe zrozumienie jej podstawowych pojęć.
- Struny i membrany : Struny to jednowymiarowe włókna, które występują w dwóch formach: struny otwartej i struny zamkniętej. Otwarty ciąg ma końce, które się nie łączą, podczas gdy zamknięty ciąg tworzy zamkniętą pętlę. Branes (pochodzące od słowa „membrana”) są podobnymi do arkusza obiektami, do których sznurki mogą przyczepiać się na każdym końcu. Brany są zdolne do poruszania się w czasoprzestrzeni zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej.
- Dodatkowe wymiary przestrzenne : Fizycy akceptują, że nasz wszechświat zawiera trzy wymiary przestrzenne, ale teoretycy strun argumentują za modelem, który opisuje dodatkowe wymiary przestrzeni. W teorii strun co najmniej sześć dodatkowych wymiarów pozostaje niewykrytych, ponieważ są one mocno zagęszczone w złożony złożony kształt zwany rozmaitością Calabiego-Yau.
- Grawitacja kwantowa : Teoria strun jest teorią grawitacji kwantowej, ponieważ próbuje połączyć fizykę kwantową z teorią ogólnej teorii względności. Fizyka kwantowa bada najmniejsze obiekty we wszechświecie — takie jak atomy i cząstki subatomowe — podczas gdy ogólna teoria względności zwykle koncentruje się na obiektach we wszechświecie o większej skali.
- Supersymetria : Znana również jako teoria superstrun, supersymetria opisuje związek między dwoma typami cząstek, bozonami i fermionami. W teorii supersymetrii strun bozon (lub cząstka siły) zawsze ma odpowiednik fermion (lub cząstkę materii) i na odwrót. Koncepcja supersymetrii jest nadal teoretyczna, ponieważ naukowcy nie widzieli jeszcze żadnej z tych cząstek. Niektórzy fizycy spekulują, że dzieje się tak, ponieważ wytworzenie bozonów i fermionów wymagałoby niewiarygodnie wysokich poziomów energii. Cząstki te mogły istnieć we wczesnym wszechświecie przed Wielkim Wybuchem, ale potem zostały rozbite na cząstki o niższej energii, które widzimy dzisiaj. Wielki Zderzacz Hadronów (największy na świecie zderzacz cząstek o najwyższej energii) może w pewnym momencie wygenerować wystarczającą ilość energii, aby poprzeć tę teorię – chociaż jak dotąd nie znalazł dowodów na supersymetrię.
- Zjednoczone siły : Teoretycy strun wierzą, że mogą wykorzystać oddziałujące na siebie struny, aby wyjaśnić, w jaki sposób cztery podstawowe siły natury — siła grawitacji, siła elektromagnetyczna, silna siła jądrowa i słaba siła jądrowa — tworzą zunifikowaną teorię wszystkiego.
Krótka historia teorii strun
Poniższa oś czasu przedstawia znaczące osiągnięcia w dziedzinie teorii strun.
- 1968 : Gabriele Veneziano, włoski fizyk teoretyczny pracujący w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN), wykorzystał dane zebrane z różnych akceleratorów cząstek do sformułowania podstaw teorii strun. Skonstruował model podwójnego rezonansu, gdy zdał sobie sprawę, że może wykorzystać 200-letni wzór funkcji beta Eulera do wyjaśnienia fizycznych właściwości silnie oddziałujących cząstek.
- 1970 : Nazwa „teoria strun” została ukuta, gdy trzej fizycy — Leonard Susskind, Holger Nielsen i Yoichiro Nambu — którzy wykorzystali model Veneziano, by zasugerować, że wszechświat składa się z maleńkich wibrujących strun.
- 1971 : Profesor fizyki teoretycznej, Pierre Ramond, zapoczątkował rozwój teorii superstrun, formułując koncepcję supersymetrii.
- 1974 : japoński fizyk Tamiaki Yoneya odkrył, że teoria strun zawiera cząstkę o właściwościach grawitonu – cząstkę kwantową, która przenosi siłę grawitacyjną – i zdał sobie sprawę, że aspekty teorii strun mogą być również teorią grawitacji.
- 1984 : Angielski fizyk Michael Green i amerykański fizyk John Schwarz odkryli anulowanie anomalii w teorii strun typu I, która stała się znana jako mechanizm Green-Schwarz. Wydarzenie to dodatkowo połączyło idee teorii strun z supersymetrią i zapoczątkowało pierwszą rewolucję superstrun.
- 1985 : „Princeton String Quartet” – David Goss, Jeffrey Harvey, Emil Martinec i Ryan Rohm – odkryli struny heterotyczne, które są strunami zamkniętymi będącymi hybrydami superstruny i struny bozonowej.
- 1995 : Edward Witten, fizyk teoretyczny z Institute for Advanced Study w Princeton, New Jersey, zasugerował, że pięć różnych akceptowanych wersji teorii strun nie jest w rzeczywistości oddzielnymi teoriami. Witten zaproponował, że są to po prostu zmienne granice jednej teorii, którą Witten nazwał M-teorią. Idea teorii M zapoczątkowała drugą rewolucję superstrun.
MasterClass
Sugerowane dla Ciebie
Zajęcia online prowadzone przez największe umysły świata. Poszerz swoją wiedzę w tych kategoriach.
Neil deGrasse TysonUczy myślenia naukowego i komunikacji
Dowiedz się więcej Dr Jane GoodallUczy Konserwacji
Dowiedz się więcej Chris Hadfield
Uczy eksploracji kosmosu
Dowiedz się więcej Matthew WalkerUczy nauki o lepszym śnie
Ucz się więcejUcz się więcej
Uzyskać Roczne członkostwo MasterClass wyłączny dostęp do lekcji wideo prowadzonych przez luminarzy biznesu i nauki, w tym Neila deGrasse Tysona, Chrisa Hadfielda, Jane Goodall i innych.
Ciekawe Artykuły
