V teórii strún nahradia malé kúsky struny tradičné subatomárne častice.
Paul M. Sutter je astrofyzik v SUNY Stony Brook a Flatiron Institute, hostiteľ Spýtajte sa Spaceman a Vesmírne rádioa autor knihy „Vaše miesto vo vesmíre.„Sutter prispel k tomuto článku Hlasy expertov Space.com: Op-Ed & Insights.
Teória strún dúfa, že bude doslovnou teóriou všetkého, jednotným zjednocujúcim rámcom, ktorý vysvetľuje všetku rozmanitosť a bohatstvo, ktoré vidíme vo vesmíre a v našich zrážačoch častíc, od spôsobu, akým sa gravitácia správa až po čokoľvek sakra temná energia je dôvod, prečo majú elektróny hmotnosť, ktorú robia. A hoci je to potenciálne silný nápad, ktorý by v prípade odomknutia úplne prevratil naše chápanie fyzického sveta, ešte nikdy nebol priamo testovaný.
Existujú však spôsoby, ako preskúmať niektoré z podkladov a potenciálne dôsledky teória strún, A hoci tieto testy nepreukázali priamu teóriu strún tak či onak, pomohli by posilniť tento prípad. Pozrime sa.
Znepokojujúci problém
Najprv však musíme preskúmať, prečo je teóriu strún tak ťažké otestovať. Existujú dva dôvody.
Reťazce teórie strún sú úžasne malé, myšlienka byť niekde okolo Planckovej stupnice, holá 10 až 34 metrov. To je ďaleko, oveľa menšie ako čokoľvek, čo by sme mohli dúfať v sondu aj pomocou našich najpresnejších nástrojov. Reťazce sú v skutočnosti také malé, že sa javia ako bodové častice, ako sú elektróny, fotóny a neutróny. Jednoducho nemôžeme nikdy hľadieť priamo na reťazec.
S tou maličkosťou súvisí energetická škála potrebná na zisťovanie režimov, v ktorých je teória strún skutočne dôležitá. K dnešnému dňu máme dva rôzne prístupy na vysvetlenie štyri prírodné sily, Na jednej strane máme techniky teórie kvantového poľa, ktoré poskytujú mikroskopický opis elektromagnetizmu a dvoch jadrových síl. A na druhej strane máme všeobecná relativita, čo nám umožňuje chápať gravitáciu ako ohyb a deformáciu časopriestoru.
Vo všetkých prípadoch, ktoré môžeme priamo preskúmať, je použitie jedného alebo druhého v poriadku. Teória strún vstupuje do hry iba vtedy, keď sa pokúšame skombinovať všetky štyri sily s jediným opisom, ktorý je skutočne dôležitý iba na najvyššej energetickej stupnici - tak vysokej, že sme nikdy nemohli nikdy postaviť stroj na dosiahnutie týchto výšok.
Ale aj keby sme mohli vymyslieť zariadenie na zrážanie častíc, ktoré by priamo skúmalo energie kvantovej gravitácie, nemohli sme testovať teóriu strún, pretože zatiaľ nie je teória strún úplná. Neexistuje. Máme iba priblíženia, o ktorých dúfame, že sa priblížia skutočnej teórii, ale nevieme, aké správne (alebo zlé) sme. Teória strún teda nie je na úlohe robiť predpovede, ktoré by sme mohli porovnávať s hypotetickými experimentmi.
Kozmické blues
Aj keď nemôžeme dosiahnuť energiu potrebnú pre našich zrážačov častíc, aby sme sa skutočne mohli dôkladne pozrieť do potenciálneho sveta strún, pred 13,8 miliardami rokov bol celý náš vesmír kotlom základných síl. Možno by sme mohli získať nejaké prísne informácie nahliadnutím do histórie veľký tresk.
Jedným z návrhov, ktoré predložili teoretici strún, je iný druh teoretického reťazca: kozmický reťazec. Kozmické struny sú medzerami preklenutými vo vesmíre, ktoré zostali z najskorších okamihov Veľkého tresku a sú dosť všeobecnou predikciou fyziky týchto epoch vesmír.
ale kozmické struny môžu byť tiež super-duper-stretched-out struny z teórie strún, ktoré sú zvyčajne také malé, že "mikroskopický" je príliš veľký na slovo, ale boli natiahnuté a ťahané neustálym rozširovaním vesmíru. Takže ak by sme našli kozmický reťazec vznášajúci sa vo vesmíre, mohli by sme ho pozorne študovať a skontrolovať, či je to skutočne niečo predpovedané teóriou strún.
V našom vesmíre sa doteraz nenašli žiadne kozmické struny.
Stále je vyhľadávanie zapnuté. Keby sme našli kozmický reťazec, nemuselo by to nevyhnutne overiť teóriu strún - bolo by potrebné vykonať oveľa viac práce, teoreticky aj pozorne, aby sme oddelili predpoveď teórie strún od verzie crack-in-spacetime.
Nie taká supersymetria
Napriek tomu by sme mohli byť schopní vyzdvihnúť niektoré zaujímavé indície, a jedným z tých indícií je supersymmetry, Supersymetria je predpokladaná symetria prírody, ktorá spája všetky fermiony (stavebné kamene reality, ako sú elektróny a kvarky) s bozónmi (nosičmi síl, ako sú gluóny a fotóny) do jedného rámca.
Mechanizmus supersymetrie bol najprv vypracovaný strunovými teoretikmi, ale začal strieľať ako zaujímavá cesta pre všetkých vysokoenergetických fyzikov, aby potenciálne vyriešili niektoré problémy s Štandardný model a predpovedať novú fyziku. V rámci teórie strún supersymetria umožňuje reťazcom opísať nielen sily prírody, ale aj stavebné prvky, čo dáva tejto teórii moc byť skutočne teóriou všetkého.
Takže, ak by sme našli dôkazy o supersymetrii, nepreukázalo by sa to teóriu strún, ale bol by to hlavný odrazový mostík.
Nenašli sme žiadne dôkazy o supersymetrii.
Veľký Hadron Collider (LHC) bol výslovne navrhnutý na skúmanie supersymetrie alebo aspoň niektorých najjednoduchších a najjednoduchších dostupných verzií supersymetrie hľadaním nových častíc predpokladaných teóriou. LHC sa objavil úplne prázdny, bez toho, aby kňazal novú supersymetrickú časticu, vymazal všetky najjednoduchšie supersymetrické nápady úplne z mapy.
Aj keď tento negatívny výsledok nevylučuje teóriu strún, nevyzerá to príliš dobre.
Budeme mať jedného dňa dôkazy aj o jednom z podkladov alebo vedľajších predpovedí teórie strún? Je nemožné povedať. Veľa nádejí sa týkalo supersymetrie, ktorá sa doteraz nepodarilo splniť, a pretrvávajú otázky, či stojí za to postaviť ešte väčšie kolízory, aby sa pokúsili presadiť supersymetriu viac, alebo či by sme sa jednoducho mali vzdať a skúsiť niečo iné.
- Ako by vesmír mohol mať viac dimenzií
- Záhadné častice vytekajúce z fyziky Antarktídy vzdorujú
- Veľký tresk: Čo sa skutočne stalo pri narodení nášho vesmíru?
Ďalšie informácie získate po vypočutí epizódy „Stojí to za to?“ (Časť 6: Mali by sme to pravdepodobne otestovať). “ na podcastu Ask A Spaceman, ktorý je k dispozícii na stránke iTunes a na webe na adresehttp://www.askaspaceman.com, Vďaka Johnovi 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. za otázky, ktoré viedli k tomuto dielu! Svoju vlastnú otázku položte na Twitteri pomocou #AskASpaceman alebo sledovaním Pavla @PaulMattSutter a facebook.com/PaulMattSutter.
