Nykyään tieteellinen kuva maailmasta muodostuu siten, että maailmankaikkeuttamme hallitsevat kaksi lakisarjaa - yleinen suhteellisuusteoria, joka selittää painovoiman upeaa työtä, ja kvanttimekaniikka, joka kuvaa maailmankaikkeuden kolme muuta vuorovaikutusta (vahva ydin, heikko ydin ja sähkömagneettisuus). Voit ottaa nämä lait ja soveltaa niitä suurissa asioissa - planeetoissa, galakseissa ja sitten pienimmissä mittakaavoissa - protoneissa ja neutroneissa. Mutta miksi luonto teki kaksi erillistä lakisarjaa maailmankaikkeudelle?
Ylävirtateoria on yritys vastata kahteen kysymykseen: Onko olemassa tapa yhdistää yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka luodakseen "kaiken teoria"? Mistä se kaikki koostuu?
Ylävirtateoria
Aiemmin ajattelimme, että elämän rakennuspalikat olivat atomeja, aineen pienimpiä komponentteja. Mutta sitten löysimme atomit ja löysimme alkuainehiukkaset, niin pienet, ettemme edes näe niitä muuttamatta tietyllä tavalla. Jotta jotain voi nähdä, tarvitsemme ensin valon, jotta se poistuu esineeltä ja lyö silmämme kuvan muodostaen. Valo koostuu sähkömagneettisista aalloista, jotka kulkevat vapaasti alkuainehiukkasten läpi. Voimme tehdä näistä aalloista tiheämpiä, lisätä energiaa niihin, että ne osuvat hiukkasiin ja näemme ne, mutta heti kun jokin osuu hiukkaseseen, se muuttuu, joten emme voi nähdä sitä alkuperäisessä tilassaan. Meillä ei ole aavistustakaan, millaiset hiukkaset näyttävät. Kuten tumma energia, tumma aine, emme voi tarkkailla näitä ilmiöitä suoraan, mutta meillä on syytä uskoaettä niitä on olemassa.
Pidämme näitä hiukkasia avaruuden pisteinä, vaikka todellisuudessa ne eivät ole. Kaikista puutteistaan tämä menetelmä - kvanttimekaniikan idea, jonka mukaan voimat ovat hiukkasten kantamia - antaa meille melko hyvän kuvan maailmankaikkeudesta ja johtaa läpimurtoihin, kuten kvanttiliuottimet ja magneettinen levitaatiojunat. Itse yleinen suhteellisuusteoria on myös ollut hyvä aikatestaus, joka selittää neutronitähtien ja Mercuryn kiertoradan poikkeavuuksia, ennustaa mustia reikiä ja kaarevaa valoa. Mutta yleisen suhteellisuustekijän yhtälöt valitettavasti lakkaavat toimimasta mustan aukon keskellä ja Ison räjähdyksen aattona. Ongelmana on, että niitä on mahdotonta koota yhteen, koska painovoima liittyy tilan ja ajan geometriaan, kun etäisyydet mitataan tarkasti, ja kvantimaailmassa ei ole mitään keinoa mitata mitään.
Kun tutkijat yrittivät keksiä uuden hiukkasen, joka menisi naimisiin painovoiman kanssa kvantimekaniikan kanssa, heidän matematiikansa epäonnistui.
Tietyssä mielessä minun piti palata taululle. Siksi tutkijat ovat ehdottaneet, että maailmankaikkeuden pienimmät komponentit eivät ole pisteitä, vaan merkkijonoja. Jousien erilaiset värähtelyt luovat erilaisia alkuainehiukkasia, kuten kvarkeja. Tärisevät jouset voisivat muodostaa kaiken aineen ja kaikki neljä universumin voimaa - mukaan lukien painovoiman.
Mainosvideo:
Suuremmat mitat
Yläradan teoriassa on ongelma. Se ei toimi, jos oletetaan, että elämme vain kolme alueellista ulottuvuutta ja yksi ajallinen ulottuvuus. Jousteteoria edellyttää, että soitat vähintään kymmenen ulottuvuutta.
Kun GR suunniteltiin ensimmäisen kerran, painovoima vääristi tilaa ja aikaa tämän voiman kuvaamiseksi. Siksi, jos joku haluaa kuvata toista voimaa, kuten sähkömagneettisuutta, hänen on lisättävä uusi ulottuvuus. Tutkijat kirjoittivat yhtälöt kuvaavat maailmankaikkeuden käyriä ja vikoja ylimääräisellä ulottuvuudella ja saivat alkuperäisen sähkömagneettisuuden yhtälön. Upea löytö.
Jousateorian ylimääräiset ulottuvuudet voivat auttaa meitä selittämään, miksi universumimme numerot ovat niin kalibroituja, että ne sallivat kaiken olemassaolon. Miksi esimerkiksi valon nopeus on 299 792 458 metriä sekunnissa? He yrittävät myös vastata kysymykseen painovoimasta - miksi tämä voima on niin heikko? Se on heikoin neljästä perusvuorovaikutuksesta: 1040 kertaa heikompi kuin sähkömagneettinen voima. Riittää, että vain taipuu ja nostetaan kirja lattiasta vastustaakseen sitä. Teoriassa tämä johtuu siitä, että painovoima vuotaa korkeampiin ulottuvuuksiin. Painovoima koostuu suljetuista silmukoista säikeistä, jotka antavat sen poistua ulottuvuudestämme, toisin kuin avoimempiin säikeisiin, jotka ovat paremmin maadoitettuja.
Miksi emme näe kaikkia näitä ulottuvuuksia?
Koska ne ovat olemassa niin pienellä tasolla, että ne ovat meille näkymättömiä ja uhmaavat havaitsemista. Ne ovat kompakteja, varustettuja siten, että ne toistavat maailman fysiikan taitettuna mielenkiintoisiksi Calabi-Yau -muodoiksi. Calabi Yau -muodon eri muodot sallivat erilaiset merkkijärinät ja hyvin erilaiset universumit.
Voimme jopa testata väitettyjä useita maailmankaikkeuksia. Koska oletamme, että painovoima vuotaa korkeampiin mittoihin, kahden hiukkasen törmäyksen jälkeen pitäisi olla vähemmän aikaa kuin ennen törmäystä. Mutta jopa edullisimmissa olosuhteissa tällaisen testaaminen olisi uskomattoman vaikeaa, vaikeaa.
Jousteorialaskelmat tehdään simuloiduissa universumeissa, joissa on 10 tai 11 ulottuvuutta, missä matematiikka toimii. Sitten tutkijat yrittävät poistaa ylimääräiset ulottuvuudet, mutta toistaiseksi kukaan ei ole onnistunut kuvaamaan maailmankaikkeuttamme tai suunnittelemaan kokeilua teorian todistamiseksi. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että meillä ei olisi sovelluksia jousiteoriaan.
Osana joustoteorian tutkimusta kehitettävä matemaattinen työkalu auttaa meitä ymmärtämään osia maailmankaikkeudesta. Voimme käyttää sitä selventämään paremmin tietoparadoksia, kvanttipainoa ja joitain puhtaan matematiikan ongelmia. Jotkut tutkijat käyttävät teoriaa laskelmiinsa hiukkasfysiikassa tai tarkkaileessaan eksoottisia ainetiloja.
Jousteteoria ei välttämättä ole teoria kaikesta, mutta ainakin se on teoria jostakin.
Ilja Khel