У теорії струн крихітні шматочки струни замінюють традиційні субатомні частинки.
Пол М. Саттер є астрофізиком в SUNY Stony Brook та Інституті Флатірона, господарем Запитайте космонавта і Космічне радіота автор "Ваше місце у Всесвіті."Саттер зробив внесок у цю статтю Голоси експертів Space.com: Op-Ed & Insights.
Теорія струн сподівається бути буквальною теорією всього, єдиною об'єднавчою рамкою, яка пояснює все різноманіття та багатство, яке ми бачимо в космосі та в наших комірців частинок, від того, як гравітація веде себе до будь-якого чорта темна енергія полягає в тому, чому електрони мають масу, яку вони роблять. І хоча це потенційно потужна ідея, яка, якби розблокована, повністю революціонує наше розуміння фізичного світу, вона ніколи не була безпосередньо перевірена.
Однак існували способи дослідити деякі основи та потенційні наслідки теорія струн. І хоча ці тести не будуть так чи інакше доводити теорію струн, вони допоможуть посилити її справу. Давайте дослідимо.
Смутлива проблема
По-перше, ми маємо вивчити, чому теорію струн настільки важко перевірити. Є дві причини.
Теорія струнних теорій надзвичайно мала, як вважається, десь навколо шкали Планка, голою 10–34 метрів. Це далеко, набагато менше, ніж усе, що ми можемо сподіватися дослідити навіть за допомогою наших найточніших інструментів. Струни насправді настільки малі, що вони здаються нам точковими частинками, такими як електрони, фотони та нейтрони. Ми просто ніколи не можемо дивитись прямо на струну.
З цією невеликістю пов'язана енергетична шкала, необхідна для дослідження режимів, де теорія струн насправді має значення. На сьогоднішній день у нас є два різних підходи до пояснення цього чотири сили природи. З одного боку, ми маємо методи квантової теорії поля, які дають мікроскопічний опис електромагнетизму та двох ядерних сил. А з іншого ми маємо загальна відносність, що дозволяє зрозуміти гравітацію як згинання та викривлення космічного часу.
Для всіх випадків, які ми можемо безпосередньо дослідити, використовуючи той чи інший, це просто чудово. Теорія струн грає лише тоді, коли ми намагаємось об'єднати всі чотири сили з одним описом, що має значення лише на найвищих масштабах енергії - настільки високих, що ми ніколи не могли побудувати машину для досягнення таких висот.
Але навіть якби ми могли розробити коллайдер частинок для прямого зондування енергій квантової гравітації, ми не змогли перевірити теорію струн, тому що поки що теорія струн не є повною. Його не існує. У нас є лише наближення, які, ми сподіваємося, наблизимось до фактичної теорії, але ми не маємо поняття, наскільки ми правильні (чи неправильні). Тож теорія струн навіть не вирішує завдання робити передбачення, які можна порівняти з гіпотетичними експериментами.
Космічний блюз
Навіть незважаючи на те, що ми не можемо досягти енергії, необхідної в наших конденсаторах для частинок, щоб дійсно глибоко заглянути в потенційний світ струн, 13,8 мільярдів років тому весь наш Всесвіт був котлом основних сил. Можливо, ми можемо отримати деяку глибоку розуміння, вивчивши історію Росії Великий вибух.
Одне з пропозицій, висунутих теоретиками струн, - це інший вид теоретичних рядків: космічна струна. Космічні струни - це дефекти всесвітнього простору в просторі, що залишилися від найдавніших моментів Великого вибуху, і вони є досить загальним прогнозом фізики тих епох Всесвіт.
Але космічні струни Можуть бути також супер-пупер-натягнуті струни з теорії струн, які зазвичай такі малі, що "мікроскопічні" занадто великі слова, але були розтягнуті та витягнуті внаслідок невпинного розширення Всесвіту. Отже, якби ми знайшли космічну струну, що пливе там навколо у Космосі, ми могли б уважно її вивчити і перевірити, чи справді це щось передбачене теорією струн.
На сьогоднішній день у нашому Всесвіті не знайдено жодної космічної струни.
Проте пошук триває. Якби ми знайшли космічну струну, вона не обов'язково підтверджувала б теорію струн - потрібно було б зробити ще багато роботи, як теоретично, так і спостережно, щоб відокремити передбачення теорії струн від версії тріщини в просторі-часі.
Не така суперсиметрія
Але все-таки ми можемо підібрати кілька цікавих підказків, і одна з таких підказок є суперсиметрія. Суперсиметрія - це гіпотезована симетрія природи, яка з'єднує всі ферміони (будівельні блоки реальності, як електрони та кварки) з бозонами (носіями сил, як глюони та фотони) в єдиному рамках.
Машина суперсиметрії спочатку була розроблена теоретиками струн, але спричинила вогонь як цікавий шлях для всіх фізиків високої енергії, щоб потенційно вирішити деякі проблеми з Стандартна модель і робити прогнози на нову фізику. В рамках теорії струн суперсиметрія дозволяє рядкам описувати не тільки сили природи, але й будівельні блоки, надаючи цій теорії силу по-справжньому бути теорією всього.
Отже, якщо ми знайшли докази суперсиметрії, це не доведе до теорії струн, але це було б головним кроком.
Ми не знайшли жодних доказів суперсиметрії.
The Великий адронний колайдер (LHC) був явно розроблений для вивчення суперсиметрії або, принаймні, деяких найпростіших і найпростіших досяжних версій суперсиметрії, шляхом пошуку нових частинок, передбачених теорією. LHC виявився абсолютно порожнім, не маючи навіть удару нової суперсиметричної частинки, витираючи всі найпростіші ідеї суперсиметрії повністю з карти.
І хоча цей негативний результат не виключає теорії струн, вона також не виглядає занадто чудовою.
Чи будемо ми одного разу мати докази навіть для одного з підґрунтів або побічних прогнозів теорії струн? Це неможливо сказати. Дуже багато сподівань покладали на суперсиметрію, яка поки що не змогла здійснити, і залишаються питання щодо того, чи варто будувати ще більші коллайдери, щоб спробувати сильніше натиснути на суперсиметрію, або якщо нам просто слід відмовитися і спробувати щось інше.
- Як Всесвіт, можливо, може мати більше вимірів
- Таємничі частинки, що лунають з Антарктиди, не піддаються фізиці
- Великий вибух: що насправді сталося при народженні нашого Всесвіту?
Дізнайтеся більше, прослухавши епізод "Чи варта теорія струн? (Частина 6: Напевно, ми повинні це перевірити)" на подкасті Ask A Spaceman, доступному на iTunes та в Інтернеті за адресоюhttp://www.askaspaceman.com. Завдяки Джону К., Закарі Х., @edit_room, Метью Ю., Крістоферу Л., Кризні В., Саяну П., Неха С., Закарі Х., Джойсу С., Маурісіо М., @shrenicshah, Панос Т ., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. за запитання, що призвели до цього твору! Задайте своє запитання у Twitter, використовуючи #AskASpaceman або дотримуючись Павла @PaulMattSutter і facebook.com/PaulMattSutter.
