Na področju fizike delcev teorija strun združuje kvantno mehaniko in splošno teorijo relativnosti Alberta Einsteina.
Skoči na odsek
- Kaj je teorija nizov?
- 5 osrednjih idej teorije strun
- Kratka zgodovina teorije godal
- Nauči se več
- Izvedite več o MasterClassu Neila deGrasseja Tysona
Priznani astrofizik Neil deGrasse Tyson vas uči, kako najti objektivne resnice, in deli svoja orodja za sporočanje tistega, kar odkrijete.
Nauči se več
Kaj je teorija nizov?
Teorija strun ponuja teoretični okvir, v katerem so vsi delci, od fotonov do kvarkov, enodimenzionalni nizi v nasprotju z ničelnimi točkami. Če bi našli različico teorije strun, ki bi se držala v vseh kontekstih, bi služila kot en sam matematični model za opis narave vesolja - teorija vsega, kar bi nadomestilo standardni model fizike, ki ne razlaga gravitacije.
5 osrednjih idej teorije strun
Razumevanje tankosti in teorije strun zahteva obsežno preučevanje, vendar se boste, če se boste seznanili z glavnimi elementi teorije strun, dobro razumeli njenih temeljnih konceptov.
- Strune in brane : Strune so enodimenzionalne filamente, ki so v dveh oblikah: odprte strune in zaprte strune. Odprti niz ima konce, ki se ne povezujejo, medtem ko zaprti niz tvori zaprto zanko. Brane (izhajajo iz besede 'membrana') so predmeti, podobni listi, na katere se lahko nizi pritrdijo na obeh koncih. Branes se lahko premika skozi vesolje-čas v skladu s pravili kvantne mehanike.
- Dodatne prostorske dimenzije : Fiziki sprejemajo, da naše vesolje vsebuje tri prostorske dimenzije, a teoretiki nizov zagovarjajo model, ki opisuje dodatne dimenzije prostora. V teoriji strun vsaj šest dodatnih dimenzij ni zaznanih, ker so tesno stisnjene v zapleteno zloženo obliko, imenovano Calabi-Yauov razdelilnik.
- Kvantna gravitacija : Teorija strun je teorija kvantne gravitacije, ker poskuša združiti kvantno fiziko s teorijo splošne relativnosti. Kvantna fizika preučuje najmanjše predmete v vesolju, kot so atomi in subatomski delci, medtem ko se splošna relativnost običajno osredotoča na večje predmete v vesolju.
- Supersimetrija : Supersimetrija, znana tudi kot teorija super nizov, opisuje razmerje med dvema vrstama delcev, bozoni in fermioni. V teoriji supersimetrije nizov ima bozon (ali delček sile) vedno ustrezen fermion (ali materialni delec) in obratno. Koncept supersimetrije je še vedno teoretičen, saj znanstveniki še niso videli nobenega od teh delcev. Nekateri fiziki domnevajo, da je to zato, ker bi za ustvarjanje bozonov in fermionov potrebovali neverjetno visoke ravni energije. Ti delci so morda obstajali v zgodnjem vesolju pred velikim pokom, potem pa so bili razdeljeni na delce z nižjo energijo, ki jih vidimo danes. Veliki hadronski trkalnik (trkalnik delcev z najvišjo energijo na svetu) lahko v določenem trenutku ustvari dovolj energije, ki podpira to teorijo - čeprav do zdaj še ni dokazal supersimetrije.
- Združene sile : Teoretiki strun verjamejo, da lahko z interakcijskimi strunami razložijo, kako štiri temeljne naravne sile - sila gravitacije, elektromagnetna sila, močna jedrska sila in šibka jedrska sila - ustvarjajo enotno teorijo vsega.
Kratka zgodovina teorije godal
Naslednji časovni načrt označuje pomembne dosežke na področju teorije strun.
- 1968 : Gabriele Veneziano, italijanski teoretični fizik iz Evropske organizacije za jedrske raziskave (CERN), je za oblikovanje temeljev teorije strun uporabil podatke, zbrane iz različnih pospeševalnikov delcev. Zasnoval je model dvojne resonance, potem ko je ugotovil, da lahko z 200-letno formulo Euler beta funkcijo razloži fizikalne značilnosti močno interakcijskih delcev.
- 1970 : Ime 'teorija strun' je nastalo, ko so trije fiziki - Leonard Susskind, Holger Nielsen in Yoichiro Nambu -, ki so z Venezianovim modelom predlagali, da je vesolje sestavljeno iz drobnih vibrirajočih strun.
- 1971 : Profesor teoretične fizike Pierre Ramond je z oblikovanjem koncepta supersimetrije sprožil razvoj teorije superniz.
- 1974 : Japonski fizik Tamiaki Yoneya je odkril, da teorija strun vsebuje delce z lastnostmi gravitona - kvantnega delca, ki nosi gravitacijsko silo - in spoznal, da so lahko vidiki teorije strun tudi teorija gravitacije.
- 1984 : Angleški fizik Michael Green in ameriški fizik John Schwarz sta v teoriji strun tipa I odkrila odpoved anomalije, ki je postala znana kot Green-Schwarzov mehanizem. Ta dogodek je ideje teorije strun nadalje povezal s supersimetrijo in sprožil prvo revolucijo superstrun.
- 1985 : 'Princetonski godalni kvartet' - David Goss, Jeffrey Harvey, Emil Martinec in Ryan Rohm - je odkril heterotične strune, ki so zaprte strune, ki so hibridi nadniz in bozonske strune.
- devetindevetdeset petindevetdeset : Edward Witten, teoretični fizik z Inštituta za napredne študije v Princetonu v New Jerseyju, je predlagal, da pet različnih sprejetih različic teorije strun dejansko ni ločenih teorij. Witten je predlagal, da gre le za različne meje ene same teorije, ki jo je Witten imenoval M-teorija. Ideja M-teorije je sprožila drugo revolucijo superstrun.
MasterClass
Predlagano za vas
Spletni tečaji, ki jih poučujejo največji svetovni umi. Razširite svoje znanje v teh kategorijah.
Neil deGrasse TysonUči znanstveno razmišljanje in komuniciranje
Izvedite več Dr. Jane GoodallUči varstva
Izvedite več Chris Hadfield
Uči raziskovanje vesolja
Več o tem Matthew WalkerUči znanost o boljšem spancu
Nauči se večNauči se več
Vzemi Letno članstvo v MasterClassu za ekskluziven dostop do video lekcij, ki jih poučujejo poslovna in znanstvena svetila, med njimi Neil deGrasse Tyson, Chris Hadfield, Jane Goodall in drugi.
