Süper sicim teorisi, popüler dilde, evreni titreşen enerji iplikleri - sicimler topluluğu olarak temsil eder. Onlar doğanın temelidir. Hipotez ayrıca diğer unsurları da tanımlar - zarlar. Dünyamızdaki tüm maddeler sicimlerin ve zarların titreşimlerinden oluşur. Teorinin doğal bir sonucu, yerçekiminin tanımıdır. Bu nedenle bilim adamları, yerçekimini diğer güçlerle birleştirmenin anahtarının onda olduğuna inanıyor.
Konsept gelişen
Birleşik alan teorisi, süper sicim teorisi, tamamen matematikseldir. Tüm fiziksel kavramlar gibi, belirli şekillerde yorumlanabilen denklemlere dayanır.
Bugün kimse bu teorinin son versiyonunun tam olarak ne olacağını bilmiyor. Bilim adamları, genel unsurları hakkında oldukça belirsiz bir fikre sahipler, ancak henüz hiç kimse tüm süper sicim teorilerini kapsayacak kesin bir denklem ortaya koyamadı ve deneysel olarak henüz bunu doğrulayamadı (ya da çürütmemekle birlikte). Fizikçiler denklemin basitleştirilmiş versiyonlarını yarattılar, ancak şu ana kadar evrenimizi tam olarak tanımlamıyor.
Yeni Başlayanlar için Süpersicim Teorisi
Hipotez beş temel fikre dayanmaktadır.
- Süper sicim teorisi, dünyamızdaki tüm nesnelerin titreşen liflerden ve enerji zarlarından oluştuğunu tahmin eder.
- Genel göreliliği (yerçekimi) kuantum fiziği ile birleştirmeye çalışıyor.
- Süper sicim teorisi, evrenin tüm temel güçlerini birleştirecek.
- Bu hipotez, temelde farklı iki parçacık türü, bozonlar ve fermiyonlar arasında yeni bir bağlantı, süpersimetri öngörür.
- Kavram, Evrenin genellikle gözlemlenemeyen bir dizi ek boyutunu tanımlar.
Dizeler ve zarlar
Teori 1970'lerde ortaya çıktığında, içindeki enerji iplikleri 1 boyutlu nesneler - sicimler olarak kabul edildi. "Tek boyutlu" kelimesi, örneğin hem uzunluğu hem de yüksekliği olan bir karenin aksine, dizenin yalnızca 1 boyutu, uzunluğu olduğu anlamına gelir.
Teori bu süper sicimleri iki türe ayırır - kapalı ve açık. Açık bir dize birbirine değmeyen uçlara sahiptir, kapalı bir dize ise açık uçları olmayan bir döngüdür. Sonuç olarak birinci tür diziler olarak adlandırılan bu dizilerin 5 ana tür etkileşime tabi olduğu tespit edilmiştir.
Etkileşimler, bir dizenin uçlarını bağlama ve ayırma yeteneğine dayanır. Açık dizilerin uçları kapalı diziler oluşturmak üzere birleşebildiğinden, döngülü dizileri içermeyen bir süper sicim teorisi oluşturmak imkansızdır.
Fizikçilere göre kapalı sicimlerin yerçekimini tanımlayabilecek özelliklere sahip olması nedeniyle bunun önemli olduğu ortaya çıktı. Başka bir deyişle, bilim adamlarısüper sicim teorisinin maddenin parçacıklarını açıklamak yerine onların davranışlarını ve yerçekimini tanımlayabileceğini fark etti.
Yıllar sonra, teori için sicimlere ek olarak başka elementlerin de gerekli olduğu keşfedildi. Yaprak veya zar olarak düşünülebilirler. İpler bir tarafa veya her iki tarafa da eklenebilir.
Kuantum yerçekimi
Modern fiziğin iki temel bilimsel yasası vardır: genel görelilik (GR) ve kuantum. Tamamen farklı bilim alanlarını temsil ediyorlar. Kuantum fiziği en küçük doğal parçacıkları inceler ve GR kural olarak doğayı gezegenler, galaksiler ve bir bütün olarak evren ölçeğinde tanımlar. Bunları birleştirmeye çalışan hipotezlere kuantum yerçekimi teorileri denir. Bugün bunlardan en umut verici olanı ip.
Kapalı iplikler yerçekiminin davranışına karşılık gelir. Özellikle, nesneler arasında yerçekimi taşıyan bir parçacık olan graviton özelliklerine sahiptirler.
Güçleri Birleştirmek
Sicim teorisi, elektromanyetik, güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler ve yerçekimi olmak üzere dört kuvveti tek bir kuvvette birleştirmeye çalışır. Dünyamızda, kendilerini dört farklı fenomen olarak gösterirler, ancak sicim teorisyenleri, inanılmaz derecede yüksek enerji seviyelerinin olduğu erken evrende, tüm bu kuvvetlerin birbirleriyle etkileşime giren sicimler tarafından tanımlandığına inanırlar.
Süpersimetri
Evrendeki tüm parçacıklar iki türe ayrılabilir: bozonlar ve fermiyonlar. sicim teorisiaralarında süpersimetri adı verilen bir ilişki olduğunu tahmin eder. Süpersimetride her bozon için bir fermiyon ve her fermiyon için bir bozon olmalıdır. Ne yazık ki, bu tür parçacıkların varlığı deneysel olarak doğrulanmadı.
Süpersimetri, fiziksel denklemlerin öğeleri arasındaki matematiksel bir ilişkidir. Fiziğin başka bir alanında keşfedildi ve uygulaması 1970'lerin ortalarında süpersimetrik sicim teorisinin (veya popüler tabirle süper sicim teorisinin) yeniden adlandırılmasına yol açtı.
Süpersimetrinin faydalarından biri, bazı değişkenlerin ortadan kaldırılmasına izin vererek denklemleri büyük ölçüde basitleştirmesidir. Süpersimetri olmadan denklemler sonsuz değerler ve hayali enerji seviyeleri gibi fiziksel çelişkilere yol açar.
Bilim adamları süpersimetri tarafından tahmin edilen parçacıkları gözlemlemediğinden, bu hala bir hipotezdir. Birçok fizikçi, bunun nedeninin, ünlü Einstein denklemi E=mc2 ile kütle ile ilgili olan önemli miktarda enerji ihtiyacı olduğuna inanmaktadır. Bu parçacıklar erken evrende var olabilirdi, ancak Büyük Patlama'dan sonra soğudu ve enerji yayıldıkça, bu parçacıklar düşük enerji seviyelerine taşındı.
Başka bir deyişle, yüksek enerjili parçacıklar olarak titreşen sicimler enerjilerini kaybederek daha düşük titreşimli elementlere dönüştürürler.
Bilim adamları, astronomik gözlemlerin veya parçacık hızlandırıcılarla yapılan deneylerin, bazı süpersimetrik unsurları daha yüksekenerji.
Ek ölçümler
Sicim teorisinin bir başka matematiksel sonucu, üçten fazla boyutu olan bir dünyada mantıklı olmasıdır. Şu anda bunun iki açıklaması var:
- Ekstra boyutlar (altısı) çökmüştür veya sicim teorisi terminolojisinde, asla algılanamayacak inanılmaz derecede küçük boyutlara sıkıştırılmıştır.
- 3D zarda sıkışıp kaldık ve diğer boyutlar onun ötesine uzanıyor ve bizim için erişilemez.
Teorisyenler arasındaki önemli bir araştırma hattı, bu ekstra koordinatların bizimkilerle nasıl ilişkili olabileceğinin matematiksel modellemesidir. En son sonuçlar, bilim insanlarının daha önce beklenenden daha büyük olabileceğinden, yakında yapılacak deneylerde bu ekstra boyutları (varsa) tespit edebileceklerini öngörüyor.
Amacı anlamak
Bilim adamlarının süper sicimleri keşfederken ulaşmaya çalıştıkları hedef, "her şeyin teorisi", yani tüm fiziksel gerçekliği temel düzeyde tanımlayan tek bir fiziksel hipotezdir. Başarılı olursa, evrenimizin yapısıyla ilgili birçok soruyu netleştirebilir.
Madde ve kütlenin açıklaması
Modern araştırmanın ana görevlerinden biri gerçek parçacıklar için çözümler bulmaktır.
Sicim teorisi, bir sicimin çeşitli yüksek titreşim durumlarında hadronlar gibi parçacıkları tanımlayan bir kavram olarak başladı. Çoğu modern formülasyonda, bizim gözümüzde gözlemlenen maddeevren, en düşük enerjiye sahip sicimlerin ve zarların titreşimlerinin sonucudur. Daha yüksek titreşimler, şu anda dünyamızda olmayan yüksek enerjili parçacıklar üretir.
Bu temel parçacıkların kütlesi, sicimlerin ve zarların sıkıştırılmış ekstra boyutlarda nasıl sarıldığının bir göstergesidir. Örneğin, matematikçiler ve fizikçiler tarafından torus olarak adlandırılan bir halka şeklinde katlandıkları basitleştirilmiş bir durumda, bir ip bu şekli iki şekilde sarabilir:
- simidin ortasından geçen kısa döngü;
- simidin tüm dış çevresi boyunca uzun bir döngü.
Kısa bir döngü hafif bir parçacık olacak ve büyük bir döngü ağır bir parçacık olacaktır. İpleri toroidal sıkıştırılmış boyutların etrafına sarmak, farklı kütlelere sahip yeni öğeler üretir.
Süper sicim teorisi, kısa ve net, basit ve zarif bir şekilde uzunluğun kütleye geçişini açıklıyor. Buradaki katlanmış boyutlar simitten çok daha karmaşıktır, ancak prensipte aynı şekilde çalışırlar.
Hatta hayal etmesi zor olsa da, ipin simitin etrafını aynı anda iki yönde sarması ve bunun sonucunda farklı kütleye sahip farklı bir parçacık oluşması bile mümkündür. Branes ayrıca daha fazla olasılık yaratarak ekstra boyutlar sarabilir.
Uzay ve zamanı belirleme
Süper sicim teorisinin birçok versiyonunda, boyutlar çökerek mevcut teknoloji geliştirme seviyesinde onları gözlemlenemez hale getirir.
Şu anda sicim teorisinin uzay ve zamanın temel doğasını açıklayıp açıklayamayacağı belli değilEinstein'dan daha fazla. İçinde ölçümler, dizilerin etkileşimi için arka plandır ve bağımsız bir gerçek anlamı yoktur.
Tüm dizi etkileşimlerinin toplam toplamının bir türevi olarak uzay-zamanın temsili ile ilgili olarak tam olarak geliştirilmemiş açıklamalar sunulmuştur.
Bu yaklaşım bazı fizikçilerin fikirlerini karşılamadığı için hipotezin eleştirilmesine neden oldu. Döngü kuantum yerçekiminin rekabetçi teorisi, başlangıç noktası olarak uzay ve zamanın nicelleştirilmesini kullanır. Bazıları bunun aynı temel hipoteze farklı bir yaklaşım olacağına inanıyor.
Yerçekiminin nicelenmesi
Bu hipotezin ana başarısı, eğer doğrulanırsa, kuantum kütleçekim teorisi olacaktır. Genel görelilikteki yerçekiminin mevcut tanımı, kuantum fiziği ile tutarsızdır. İkincisi, küçük parçacıkların davranışlarına kısıtlamalar getirerek, Evreni son derece küçük bir ölçekte keşfetmeye çalışırken çelişkilere yol açar.
Güçlerin birleşmesi
Şu anda fizikçiler dört temel kuvveti biliyorlar: yerçekimi, elektromanyetik, zayıf ve güçlü nükleer etkileşimler. Sicim teorisinden, hepsinin bir zamanlar tek bir tezahür olduğu sonucu çıkar.
Bu hipoteze göre, erken evren büyük patlamadan sonra soğuduğundan, bu tek etkileşim bugün aktif olan farklı etkileşimlere ayrılmaya başladı.
Yüksek enerji deneyleri bir gün bu güçlerin birleşimini keşfetmemize izin verecek, ancak bu tür deneyler mevcut teknolojinin çok ötesindedir.
Beş seçenek
1984'teki süper sicim devriminden sonra, geliştirme hararetli bir hızla gerçekleştirildi. Sonuç olarak, bir kavram yerine, her biri dünyamızı neredeyse tamamen tanımlayan, ancak tamamen olmayan I, IIA, IIB, HO, HE adlı beş tip vardı.
Fizikçiler, evrensel bir doğru formül bulma umuduyla sicim teorisinin versiyonlarını sıralayarak, kendi kendine yeterli 5 farklı versiyon yarattılar. Bazı özellikleri dünyanın fiziksel gerçekliğini yansıtıyor, bazıları ise gerçekliğe karşılık gelmiyordu.
M-teori
1995'teki bir konferansta fizikçi Edward Witten, beş hipotez sorununa cesur bir çözüm önerdi. Yeni keşfedilen dualiteye dayanarak, hepsi Witten'in M-süper sicim teorisi olarak adlandırılan tek bir kapsayıcı kavramın özel durumları haline geldi. Anahtar kavramlarından biri, 1'den fazla boyutu olan temel nesneler olan zarlar (membranın kıs altması) idi. Yazar, henüz mevcut olmayan tam bir sürüm sunmamış olsa da, süper sicimlerin M-teorisi kısaca aşağıdaki özelliklerden oluşur:
- 11-boyut (10 uzamsal artı 1 zaman boyutu);
- aynı fiziksel gerçekliği açıklayan beş teoriye yol açan ikilikler;
- branes, 1'den fazla boyutu olan dizelerdir.
Sonuçlar
Sonuç olarak, bir tane yerine 10500 çözüm vardı. Bazı fizikçiler için bu bir krize neden olurken, diğerleri evrenin özelliklerini bizim varlığımızla açıklayan antropik ilkeyi kabul etti. Teorisyenlerin başka bir tane daha ne zaman bulacakları görülmeye devam ediyor.süper sicim teorisinde yönlendirme yolu.
Bazı yorumlar, dünyamızın tek dünya olmadığını öne sürüyor. En radikal versiyonlar, bazıları bizimkinin tam kopyalarını içeren sonsuz sayıda evrenin varlığına izin verir.
Einstein'ın teorisi, solucan deliği veya Einstein-Rosen köprüsü olarak adlandırılan sarmal bir uzayın varlığını öngörür. Bu durumda, iki uzak site kısa bir geçitle birbirine bağlanır. Süper sicim teorisi sadece buna değil, paralel dünyaların uzak noktalarının bağlanmasına da izin verir. Hatta farklı fizik yasalarına sahip evrenler arasında geçiş yapmak bile mümkündür. Bununla birlikte, kuantum kütleçekim teorisinin onların varlığını imkansız hale getirmesi muhtemeldir.
Birçok fizikçi, uzayın hacminde bulunan tüm bilgiler, yüzeyinde kaydedilen bilgilere karşılık geldiğinde holografik ilkenin, enerji iplikleri kavramının daha derinden anlaşılmasını sağlayacağına inanır.
Bazıları, süper sicim teorisinin zamanın çoklu boyutlarına izin verdiğine ve bunun da bunlar arasında yolculukla sonuçlanabileceğine inanıyor.
Ayrıca, hipotez çerçevesinde, evrenimizin iki zarın çarpışması sonucu ortaya çıktığı ve tekrarlanan yaratma ve yıkım döngülerinden geçtiği büyük patlama modeline bir alternatif var.
Evrenin nihai kaderi her zaman fizikçileri meşgul etmiştir ve sicim teorisinin son versiyonu, maddenin yoğunluğunu ve kozmolojik sabiti belirlemeye yardımcı olacaktır. Bu değerleri bilen kozmologlar, evrenin böyle olup olmayacağını belirleyebilirler.her şeye yeniden başlamak için patlayana kadar küçültün.
Kimse bilimsel bir teorinin geliştirilip test edilene kadar nereye varacağını bilemez. E=mc2 denklemini yazan Einstein, bunun nükleer silahların ortaya çıkmasına yol açacağını beklemiyordu. Kuantum fiziğinin yaratıcıları, bunun bir lazer ve bir transistör yaratmanın temeli olacağını bilmiyorlardı. Ve böylesine tamamen teorik bir kavramın neye yol açacağı henüz bilinmese de, tarih kesinlikle olağanüstü bir şeyin ortaya çıkacağını gösteriyor.
Bu varsayım hakkında daha fazla bilgi için Andrew Zimmerman'ın Aptallar için Süpersicim Teorisine bakın.
