Теорія струн - це спроба об'єднати два стовпи фізики XX століття - квантову механіку та теорію відносності Альберта Ейнштейна - із загальною рамкою, яка може пояснити всю фізичну реальність. Він намагається зробити це, встановивши, що частинки насправді є одновимірними струноподібними утвореннями, коливання яких визначають властивості частинок, такі як їх маса та заряд.
Ця контрінтуїтивна ідея була вперше розроблена у 1960-70-ті роки, коли рядки використовувались для моделювання даних, що виходять із субатомних колайдерів у Європі, повідомляється на веб-сайті про теорії струн, створеному Оксфордським університетом та Британським королівським товариством. Струни забезпечували елегантний математичний спосіб опису сильної сили, однієї з чотирьох основних сил у Всесвіті, яка утримує разом атомні ядра.
Тема залишалася маргінальною протягом багатьох років, аж до "революції теорії струн" у 1984 році, коли теоретики Майкл Грін та Джон Шварц створили рівняння, які показали, як струни уникають певних невідповідностей, що переслідують моделі, що описують частинки як точкові об'єкти, повідомляє університет Кембридж.
Але цей перший розквіт залишив дослідників п'ятьма різними теоріями, що пояснюють, як одновимірні струни коливаються в 10-мірній реальності. Друга революція сталася в 1995 році, коли фізики показали, що ці різні ідеї пов'язані між собою і їх можна поєднати з іншою теорією, званою супергравітацією, яка працювала в 11 вимірах. Такий підхід породжував поточне втілення теорії струн.
Розгадування загадок
Теорія струн - це один із запропонованих методів отримання теорії всього, модель, яка описує всі відомі частинки і сили, і яка б замінила Стандартну модель фізики, яка може пояснити все, крім сили тяжіння. Багато вчених вірять в теорію струн через її математичну красу. Рівняння теорії струн описуються як елегантні, а її описи фізичного світу вважаються надзвичайно задовольняючими.
Теорія пояснює гравітацію за допомогою певної вібраційної струни, властивості якої відповідають властивості гіпотетичного гравітону, квантової механічної частинки, яка несе би сили тяжіння. Те, що теорія химерно вимагає для роботи 11 вимірів - а не трьох просторів і одного часу, який ми зазвичай переживаємо, - не відмовило фізиків, які виступають за це. Вони просто описали, як додаткові розміри згортаються у надзвичайно крихітному просторі, порядку 10 ^ -33 сантиметрів, що є досить малим, що ми не можемо їх нормально виявити, повідомляє NASA.
Дослідники використовували теорію струн, щоб спробувати відповісти на фундаментальні питання про Всесвіт, наприклад, що відбувається всередині чорної діри, або для імітації космічних процесів, таких як Великий вибух. Деякі вчені навіть намагалися використовувати теорію струн, щоб отримати ручку щодо темної енергії, таємничої сили, що прискорює розширення простору і часу.
Нескінченна гонитва
Але теорія струн останнім часом піддається більшій увазі. Більшість його прогнозів є непереборними за сучасними технологіями, і багато дослідників замислювалися про те, чи спускаються вони в нескінченну кролячу нору. У 2011 році фізики зібралися в Американському природно-історичному музеї на 11-ту щорічну меморіальну дискусію Ісаака Азімова, щоб обговорити, чи є сенс звернутися до теорії струн як до життєздатного опису реальності.
"Ти переслідуєш привид, чи тобі колекція занадто дурна, щоб зрозуміти це?" дражнив Ніла деГрассе Тайсона, директора планетарію Хайдена музею, який зазначив, що в попередні роки прогрес в теорії струн був нерівним.
Останні виклики теорії струн випливають із самої основи, яка передбачає існування потенційно величезної кількості унікальних всесвітів, аж 10 ^ 500 (це число 1, за яким 500 нулів). Цей мультивальний ландшафт, здавалося, надає достатньо можливостей, що, якщо дослідники їх вивчать, вони натраплять на той, що відповідає нашій власній версії реальності. Але у 2018 році впливовий документ припустив, що жоден із цих безлічі гіпотетичних всесвітів не виглядав як наш космос; конкретно, кожному не вистачало опису темної енергії, як ми її зараз розуміємо.
"Теоретики струн пропонують, здавалося б, нескінченну кількість математичних конструкцій, які не мають відомого відношення до спостереження", - раніше говорила Live Science Сабіна Хоссенфельдер, фізик Франкфуртського інституту перспективних досліджень у Німеччині, яка критично ставилася до теорії струн.
Інші дослідники стверджують, що теорія струн одного дня призведе до результатів. Записуючи в журналі "Physics Today", фізик Гордон Кейн з Мічиганського університету припустив, що з модернізацією, яка зараз проводиться, Великий адронний колайдер може дати свідчення теорії струн найближчим часом. Але остаточна доля теорії поки що невідома.
