În teoria șirurilor, biți minusculi de coarde înlocuiesc particulele subatomice tradiționale.
Paul M. Sutter este astrofizician la SUNY Stony Brook și la Flatiron Institute, gazdă Întrebați un Spaceman și Radio spațialăși autorul „Locul tău în Univers."Sutter a contribuit cu acest articol Vocile experților Space.com: Op-Ed și Insights.
Teoria șirurilor speră să fie o teorie literală a tuturor, un singur cadru unificator care explică toată varietatea și bogăția pe care o vedem în cosmos și în colizorii noștri de particule, de la modul în care gravitația se comportă până la orice naibii. energie întunecată este motivul pentru care electronii au masa pe care o fac. Și deși este o idee potențial puternică, care dacă deblocată ar revoluționa complet înțelegerea lumii fizice, ea nu a fost niciodată testată direct.
Au existat, totuși, modalități de a explora unele dintre bazele și consecințele potențiale ale acestora teoria corzilor. Și în timp ce aceste teste nu ar demonstra teoria șirurilor direct într-un fel sau altul, ele ar ajuta la consolidarea cazului său. Hai să explorăm.
O problemă perturbatoare
În primul rând, însă, trebuie să examinăm de ce teoria testelor cu coarde este atât de greu de testat. Există două motive.
Șirurile teoriei coardelor sunt extraordinar de mici, gândite a fi undeva în jurul scării Planck, cu o distanță de 10-34 de metri. Este mult mai mic decât orice putem spera să sondăm chiar și cu instrumentele noastre cele mai precise. Șirurile sunt atât de mici, de fapt, încât ni se par particule asemănătoare punctelor, cum ar fi electronii și fotonii și neutronii. Pur și simplu nu putem privi niciodată direct o sfoară.
Legat de acea mărime este scara de energie necesară pentru sondarea regimurilor unde contează de fapt teoria șirurilor. În ziua de azi, avem două abordări diferite pentru explicarea patru forțe ale naturii. Pe de o parte, avem tehnicile teoriei cuantice a câmpurilor, care oferă o descriere microscopică a electromagnetismului și a celor două forțe nucleare. Iar pe cealaltă avem relativitate generală, care ne permite să înțelegem gravitația ca îndoirea și deformarea spațiului timpului.
Pentru toate cazurile pe care le putem examina direct, utilizarea unuia sau altuia este bine. Teoria șirurilor nu intră în joc decât atunci când încercăm să combinăm toate cele patru forțe cu o singură descriere, care contează cu adevărat doar la cele mai înalte scări de energie - atât de ridicate încât nu am putea niciodată construi o mașină pentru a atinge astfel de înălțimi.
Dar chiar dacă am putea concepe un colector de particule care să sondeze direct energiile gravitației cuantice, nu am putut testa teoria șirurilor, deoarece încă teoria teoriei nu este completă. Nu există. Avem doar aproximări care sperăm să ne apropiem de teoria propriu-zisă, dar nu avem idee cât de corect (sau greșit) suntem. Deci teoria coardelor nu este chiar în sarcina de a face predicții pe care le-am putea compara cu experimente ipotetice.
Bluza cosmică
Chiar dacă nu putem ajunge la energiile necesare în colizorii de particule, pentru a arunca cu adevărat o privire în profunzime asupra lumii potențiale a șirurilor, acum 13,8 miliarde de ani întregul nostru univers era un calder de forțe fundamentale. Poate că am putea obține câteva informații stricte, analizând istoria Big Bang-ul.
O sugestie prezentată de teoreticieni de coarde este un alt tip de șir teoretic: șirul cosmic. Șirurile cosmice sunt defecte care răspândesc universul în spațiu, rămase din primele momente ale Big Bang-ului și sunt o predicție destul de generică a fizicii acelor epoci ale Universul.
Dar șiruri cosmice ar putea fi, de asemenea, șiruri super-duper-extinse din teoria șirurilor, care sunt de obicei atât de mici încât „microscopic” este prea mare dintr-un cuvânt, dar au fost întinse și trase de neîncetata expansiune a universului. Deci, dacă am găsi un șir cosmic plutind pe acolo în cosmos, l-am putea studia cu atenție și am putea verifica dacă este cu adevărat ceva prevăzut de teoria corzilor.
Până în prezent, în universul nostru nu s-au găsit șiruri cosmice.
Totuși, căutarea este continuată. Dacă am găsi un șir cosmic, nu ar valida neapărat teoria șirurilor - ar fi nevoie de mult mai multă muncă, atât teoretic, cât și observațional, pentru a deosebi predicția teoriei șirurilor din versiunea crack-in-spacetime.
Nu așa supersimetrie
Cu toate acestea, am putea fi capabili să selectăm câteva indicii interesante, iar unul dintre aceste indicii este supersimetria. Supersimetria este o simetrie ipotetică a naturii care leagă toate fermioanele (blocurile de construcție precum electronii și quark-urile) cu bosonii (purtătorii forțelor precum gluonii și fotonii) sub un singur cadru.
Mașinile de suprasimetrie au fost elaborate pentru prima dată de teoreticienii de coarde, dar au luat foc ca o cale interesantă pentru toți fizicienii cu energie mare pentru a rezolva potențial probleme cu Modelul standard și face predicții pentru fizica nouă. În cadrul teoriei șirurilor, supersimetria permite șirurilor să descrie nu doar forțele naturii, ci și blocurile de construcție, oferind acestei teorii puterea de a fi cu adevărat o teorie a tuturor.
Deci, dacă am găsi dovezi pentru supersimetrie, aceasta nu ar demonstra teoria șirurilor, dar ar fi o etapă importantă.
Nu am găsit dovezi pentru supersimetrie.
Colizor mare de Hadron (LHC) a fost conceput în mod explicit pentru a explora supersimetria, sau cel puțin unele dintre cele mai simple și ușor accesibile versiuni ale supersimetriei, prin căutarea de noi particule prevăzute de teorie. LHC s-a afișat complet gol, fără să fie nici măcar un firicel al unei particule supersimetrice noi, ștergând toate cele mai simple idei de supersimetrie complet de pe hartă.
Și deși acest rezultat negativ nu exclude teoria șirurilor, nici nu îl arată prea bine.
Vom avea, într-o zi, dovezi pentru chiar una dintre fundamentele sau predicțiile secundare ale teoriei șirurilor? Este imposibil de spus. Multe speranțe s-au pus pe supersimetrie, care nu a reușit până acum, și rămân întrebări dacă merită să construim colizori și mai mari pentru a încerca să împingem mai tare pe supersimetrie sau dacă ar trebui să renunțăm și să încercăm altceva.
- Cum universul ar putea avea mai multe dimensiuni
- Particulele misterioase care provin din Antarctica sfidează fizica
- Big Bang: Ce s-a întâmplat cu adevărat la nașterea universului nostru?
Aflați mai multe ascultând episodul „Te merită teoria cu șirul (partea 6: Probabil ar trebui să testăm acest lucru)" pe podcast-ul Ask A Spaceman, disponibil pe iTunes și pe Web lahttp://www.askaspaceman.com. Mulțumiri lui John C., Zachary H., @edit_room, Matthew Y., Christopher L., Krizna W., Sayan P., Neha S., Zachary H., Joyce S., Mauricio M., @shrenicshah, Panos T ., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. pentru întrebările care au dus la această piesă! Puneți-vă propria întrebare pe Twitter folosind #AskASpaceman sau urmând Paul @PaulMattSutter și facebook.com/PaulMattSutter.
