Styginių teorijoje mažos stygos keičia tradicines subatomines daleles.
Paulius M. Sutteris yra astrofizikas SUNY Stony Brook ir Flatiron institute Paklauskite erdvėlaivio ir Kosminis radijas, ir „Jūsų vieta Visatoje.„Sutteris prisidėjo prie šio straipsnio „Space.com“ ekspertų balsai: op-ed ir įžvalgos.
Styginių teorija tikisi būti pažodinė visko teorija, vieninga sistema, paaiškinanti visą įvairovę ir turtingumą, kurį matome kosmose ir dalelių susidūrimuose, pradedant nuo gravitacijos elgsenos ir nesvarbu tamsi energija kodėl elektronai turi tokią masę, kokią jie daro. Ir nors tai potencialiai galinga idėja, kuri, jei ji būtų atrakinta, visiškai pakeistų mūsų supratimą apie fizinį pasaulį, ji niekuomet nebuvo tiesiogiai išbandyta.
Vis dėlto buvo būdų ištirti kai kuriuos pagrindus ir galimas pasekmes stygų teorija. Ir nors šie testai vienaip ar kitaip neįrodytų stygų teorijos, jie padėtų sustiprinti jos atvejį. Panagrinėkime.
Klaidinga problema
Vis dėlto pirmiausia turime ištirti, kodėl styginių teoriją taip sunku patikrinti. Yra dvi priežastys.
Styginių teorijos stygos yra stulbinančiai mažos, manoma, kad jos yra kažkur aplink Plancko skalę, plikos 10–34 metrų skersmens. Tai toli, daug mažesnė už viską, ko galime tikėtis išmėginti net ir naudodamiesi tiksliaisiais instrumentais. Tiesą sakant, stygos yra tokios mažos, kad mums atrodo, kad jos yra į tašką panašios dalelės, tokios kaip elektronai ir fotonai bei neutronai. Mes tiesiog niekada negalime tiesiog žiūrėti į stygas.
Susijęs su tuo mažumu yra energijos skalė, reikalinga zondams režimams, kur styginių teorija iš tikrųjų svarbi. Šiandien paaiškiname du skirtingus metodus keturios gamtos jėgos. Viena vertus, mes turime kvantinio lauko teorijos metodus, kurie pateikia mikroskopinį elektromagnetizmo ir dviejų branduolinių jėgų apibūdinimą. Ir kita vertus, mes turime bendrasis reliatyvumas, leidžiančią suprasti gravitaciją kaip erdvėlaikio lenkimą ir deformaciją.
Visais atvejais, kuriuos galime tiesiogiai išnagrinėti, naudoti vienokį ar kitokį variantą yra puiku. Styginių teorija ateina į žaidimą tik tada, kai bandome sujungti visas keturias jėgas į vieną aprašą, o tai iš tikrųjų svarbu tik pačiomis aukščiausiomis energijos skalėmis - tokia aukšta, kad niekada negalėtume niekada pastatyti mašinos, kad pasiektume tokius aukščius.
Bet net jei mes galėtume sugalvoti dalelių susidūriklį, kad tiesiogiai pajustume kvantinės gravitacijos energijas, mes negalėjome išbandyti stygų teorijos, nes kol kas stygų teorija nėra išsami. Jo nėra. Turime tik tokius apytikslius vertinimus, kurie, tikimės, priartės prie faktinės teorijos, bet mes net neįsivaizduojame, kokie teisingi (ar neteisingi) esame. Taigi styginių teorija net nėra atsakinga už prognozę, kurią galėtume palyginti su hipotetiniais eksperimentais.
Kosminis bliuzas
Nors mes negalime pasiekti energijos, reikalingos dalelių susidūrimuose, kad iš tikrųjų įsigilintume į galimą stygų pasaulį, prieš 13,8 milijardo metų visa Visata buvo pagrindinių jėgų padangė. Galbūt galime įgyti tam tikrų įžvalgų, pažvelgę į JAV istoriją Didysis sprogimas.
Vienas stygų teoretikų pateiktas pasiūlymas yra kitos rūšies teorinė eilutė: kosminė eilutė. Kosminės stygos yra visatos erdvės laiko defektai, likę nuo ankstyviausių Didžiojo sprogimo momentų, ir jie yra gana apibendrinti tų epochų fizikos numatymai. visata.
Bet kosminės stygos tai taip pat gali būti styginių teorijos ypač ištiestos stygos, kurios paprastai yra tokios mažos, kad „mikroskopinės“ yra per didelis žodžio dydis, bet buvo ištemptos ir ištrauktos dėl nenutrūkstamo Visatos plėtimosi. Taigi, jei rastume kosminę kosminę stygą, mes galėtume ją atidžiai ištirti ir patikrinti, ar tai tikrai kažkas, ką numato stygų teorija.
Iki šiol mūsų Visatoje nebuvo rasta jokių kosminių stygų.
Vis tiek paieška vykdoma. Jei rastume kosminę stygą, ji nebūtinai patvirtintų styginių teoriją - reikės atlikti dar daugiau darbo tiek teoriškai, tiek stebint, kad būtų galima atskirti styginių teorijos prognozes nuo įtrūkimo erdvėje laiko versijos.
Ne tokia supersimetrija
Vis dėlto galbūt galime pasirinkti keletą įdomių įkalčių, ir vienas iš tų įkalčių yra supersimetrija. Supersimetrija yra hipotezuota gamtos simetrija, jungianti visus fermionus (tikrovės statybinius blokus, pavyzdžiui, elektronus ir kvarkus) su bosonais (jėgų nešančiaisiais, pavyzdžiui, klonais ir fotonais) vienoje struktūroje.
Supersimetrijos mechanizmą pirmiausia sukūrė styginiai teoretikai, tačiau tai tapo įdomia išeitimi visiems aukštos energijos fizikams, kad galėtų išspręsti kai kurias su Standartinis modelis ir prognozuoti naująją fiziką. Styginių teorijoje supersimetrija leidžia stygos apibūdinti ne tik gamtos jėgas, bet ir statybinius elementus, suteikdama šiai teorijai galią iš tikrųjų būti visko teorija.
Taigi, jei rastume supersimetrijos įrodymų, tai neįrodytų stygų teorijos, tačiau tai būtų pagrindinis žingsnis.
Neradome jokių supersimetrijos įrodymų.
Didelis hadronų susidūrėjas (LHC) buvo aiškiai skirtas ištirti supersimetriją ar bent keletą paprasčiausių ir lengviausiai pasiekiamų supersimetrijos variantų, ieškant naujų dalelių, kurias numatė teorija. LHC pasirodė visiškai tuščias, net neįsigilindamas į naują supersimetrišką dalelę, visiškai nesunaikindamas visų paprasčiausių supersimetrijos idėjų.
Ir nors šis neigiamas rezultatas neatmeta stygų teorijos, tačiau jis taip pat nereiškia, kad jis atrodo per daug puikus.
Ar vieną dieną turėsime įrodymų net apie vieną iš stygų teorijos pagrindų ar šalutinių prognozių? Neįmanoma pasakyti. Daug vilčių buvo dedama į supersimetriją, kurios iki šiol nepavyko įgyvendinti, ir išlieka klausimas, ar verta statyti dar didesnius susidūrimus, kad pabandytume labiau stumti ant supersimetrijos, ar turėtume tiesiog atsisakyti ir išbandyti ką nors kita.
- Kaip visata galėtų turėti daugiau dimensijų
- Paslaptingos dalelės, sklindančios iš Antarktidos, niekina fiziką
- Didysis sprogimas: kas iš tikrųjų nutiko gimus visatai?
Sužinokite daugiau klausydamiesi epizodo "Ar stygų teorija verta? (6 dalis. Turbūt turėtume tai išbandyti)" podcast'e „Ask A Spaceman“, pasiekiamą „iTunes“ ir internetehttp://www.askaspaceman.com. Ačiū 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. už klausimus, kurie paskatino šį kūrinį! Užduokite savo klausimą „Twitter“ naudodami #AskASpaceman arba sekdami Paulių @PaulMattSutter ir facebook.com/PaulMattSutter.
