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La teoria delle superstringhe linguaggio popolare per i manichini

teoria delle superstringhe, nel linguaggio popolare, è l'universo come un insieme di fili vibranti di energia – stringhe. Sono la base della natura. Ipotesi descrive gli altri elementi – brane. Tutte le sostanze nel nostro mondo è costituito da vibrazioni delle stringhe e brane. Una conseguenza naturale della teoria è la descrizione di gravità. È per questo che gli scienziati credono che esso contiene la chiave per l'unificazione della gravità con le altre interazioni.

Il concetto è stato sviluppato

La teoria del campo unificato, teoria delle superstringhe – puramente matematico. Come tutti i concetti fisici, è basato sulle equazioni che possono essere interpretati in un certo modo.

Oggi, non si sa esattamente quale sarà la versione definitiva di questa teoria. Gli scienziati hanno una piuttosto vaga idea dei suoi elementi comuni, ma nessuno è ancora venuto fuori con un'equazione finale sarebbe stato inghiottito tutte teoria delle superstringhe e l'esperimento non è stato ancora in grado di confermare che (anche se confutare troppo). I fisici hanno creato una versione semplificata dell'equazione, ma finora non abbastanza descrivere il nostro universo.

La teoria delle superstringhe per i principianti

Nell'ipotesi su cinque idee chiave.

  1. La teoria delle superstringhe prevede che tutti gli oggetti del nostro mondo sono costituiti da fili vibranti di energia e le membrane.
  2. Lei cerca di conciliare la relatività generale (gravità) con la fisica quantistica.
  3. La teoria delle superstringhe integrerà tutte le forze fondamentali dell'universo.
  4. Questa ipotesi prevede una nuova connessione, supersimmetria, tra due diversi tipi di particelle, bosoni e fermioni.
  5. Il concetto descrive una serie di ulteriori, dimensioni solitamente non osservabili dell'universo.

Stringhe e brane

Quando la teoria è sorto nel 1970, filamenti di energia in esso sono stati considerati 1-dimensionale oggetti – le stringhe. La parola "unidimensionale" indica che la stringa ha una sola dimensione, lunghezza, a differenza, ad esempio, un quadrato, che ha una lunghezza ed altezza.

Questi teoria delle superstringhe si divide in due tipi – chiuso e aperto. Stringa aperta ha le punte che non sono in contatto con l'altro, mentre la stringa chiusa è un anello e senza estremità aperte. Di conseguenza, si è constatato che queste stringhe, stringhe chiamato il primo tipo, esposte 5 tipi fondamentali di interazioni.

Le interazioni sono basate sulle stringhe capacità di connettersi e condividere i loro suggerimenti. Poiché le estremità delle stringhe aperte possono unirsi per formare chiuso, non è possibile costruire una teoria di superstringhe, non includere una stringa loop.

Questo si è rivelato importante come stringhe chiuse hanno proprietà che si ritiene fisica che potrebbero descrivere gravità. In altre parole, gli scienziati sono resi conto che la teoria delle superstringhe, invece di spiegare le particelle materiali possono descrivere il loro comportamento e la forza di gravità.

Anni dopo si è scoperto che, oltre alle corde, e altri elementi essenziali della teoria. Essi possono essere considerati come fogli o brane. Stringhe possono essere attaccati ad essi uno o due lati.

gravità quantistica

La fisica moderna ha due principali legge scientifica: la teoria della relatività generale (GR) e quantistica. Essi rappresentano un campo completamente diverso della scienza. offerte fisica quantistica con le particelle più piccole di naturale e GTR, di regola, descrive la natura della scala dei pianeti, galassie e l'universo nel suo insieme. Le ipotesi che cercano di combinarli, si chiama la teoria della gravità quantistica. Il più promettente di questi è ora la stringa.

filetto chiuso corrisponde al comportamento di gravità. In particolare, essi possiedono proprietà graviton particella trasporto di gravità tra oggetti.

unire le forze

teoria delle stringhe tenta di unificare le quattro forze – forze nucleari elettromagnetiche, forti e deboli, e la gravità – in uno. Nel nostro mondo, si manifestano come quattro fenomeni diversi, ma i teorici delle stringhe credono che nell'universo primordiale, quando c'erano incredibilmente elevati livelli di energia, tutte queste forze sono descritte da archi, che interagiscono tra loro.

supersimmetria

Tutte le particelle dell'universo possono essere suddivisi in due tipi: bosoni e fermioni. La teoria delle stringhe predice che esiste una relazione tra di loro, noto come la supersimmetria. Se la supersimmetria per ogni bosone e fermione deve esistere per ogni fermione – bosone. Purtroppo sperimentalmente l'esistenza di tali particelle non è confermato.

Supersimmetria è una relazione matematica tra gli elementi di equazioni fisiche. E 'stata trovata in una zona diversa della fisica e la sua applicazione ha portato alla ridenominazione della teoria della supersimmetria stringhe (o teoria delle superstringhe, nel linguaggio popolare) a metà degli anni 1970.

Uno dei vantaggi di supersimmetria è che semplifica notevolmente l'equazione, consentendo di eliminare alcune variabili. Senza supersimmetria equazioni portano a contraddizioni fisiche, come il valore infinito e immaginari livelli di energia.

Dal momento che gli scienziati non hanno osservato una particella predetta dal supersimmetria, è ancora un'ipotesi. Molti fisici ritengono che la ragione di questo – la necessità di una notevole quantità di energia, che è associato con un peso noto di equazione di Einstein E = mc 2. Queste particelle possono esistere nell'universo primordiale, ma, come si è raffreddato, e dopo il Big Bang, la diffusione di energia, queste particelle sono trasferito a bassi livelli di energia.

In altre parole, le corde vibrano particelle ad alta energia perduti energia, che li rendeva elementi con bassa vibrazione.

I ricercatori speravano che astronomica di osservazione o esperimento con acceleratori di particelle confermano la teoria, identificando alcuni degli elementi supersimmetriche con l'energia più elevata.

ulteriori misurazioni

Altra conseguenza matematica della teoria delle stringhe è che ha senso nel mondo, il numero di misure è maggiore di tre. Attualmente, ci sono due spiegazioni per questo:

  1. misure aggiuntive (sei di loro) hanno piegato, o, nella terminologia della teoria delle stringhe compattificata al incredibilmente piccole dimensioni, di percepire che non potrà mai avere successo.
  2. Siamo rimasti bloccati in un brane 3-dimensionale, e altre dimensioni si estendono oltre e non sono a nostra disposizione.

Un importante area di ricerca tra i teorici è la modellazione matematica di come queste posizioni supplementari possono essere collegati al nostro. Recenti risultati prevedono che gli scienziati saranno presto in grado di rilevare questi dimensioni extra (se esistono) nei prossimi esperimenti, in quanto potrebbero essere maggiori di quanto precedentemente previsto.

comprensione dello scopo

L'obiettivo perseguito da scienziati che studiano le superstringhe – "teoria del tutto", cioè una sola ipotesi fisico che a livello fondamentale descrive tutta la realtà fisica … In caso di successo, potrebbe chiarire molte questioni riguardanti la struttura del nostro universo.

Spiegazione di materia e di massa

Uno dei compiti principali della moderna ricerca – la ricerca di soluzioni alle particelle reali.

La teoria delle stringhe era iniziato come un concetto che descrive le particelle come adroni, vari alti stati vibrazionali delle stringhe. Nella maggior parte delle formulazioni moderne, la materia, osservato nel nostro universo è il risultato di vibrazione delle stringhe e brane con l'energia più basso. Le vibrazioni generano particelle ad alta energia più, che sono ora nel nostro mondo non esistono.

La massa di queste particelle elementari è una manifestazione di come le stringhe e brane compattificate avvolti in dimensioni aggiuntive. Ad esempio, in una versione semplificata quando sono piegati in forma di ciambella, chiamati matematici e fisici toro stringa può avvolgere questa forma in due modi:

  • ciclo breve attraverso il centro del toro;
  • anello lungo tutta la circonferenza esterna del toro.

Il corto circuito è una particella di luce, e la maggior parte – grave. Quando si avvolge la corda intorno al toroidale compattificata misurando la formazione di nuovi elementi con masse diverse.

La teoria delle superstringhe brevemente e in modo chiaro, semplice ed elegante spiega la lunghezza di transizione in massa. misurazione collassato è toro molto più difficile, ma in linea di principio anche il lavoro.

E 'anche possibile, anche se è difficile immaginare che il cavo avvolge il toro in due direzioni allo stesso tempo, che comporti l'altra particella con massa differente. Brane può anche avvolgere le dimensioni extra, creando ancora più opportunità.

Definizione di spazio e tempo

In molte versioni di teoria delle superstringhe di crolli di misura, che li rende non osservabile al livello attuale dello sviluppo tecnologico.

Al momento non è chiaro se la teoria delle stringhe potrebbe spiegare la natura fondamentale dello spazio e del tempo che ha fatto Einstein. Esso dimensioni sono da sfondo alla interazione di stringhe e vero senso indipendente non.

Offriamo una spiegazione, non è completamente finalizzato, relative alla presentazione dello spazio-tempo come un derivato del totale di tutte le interazioni di stringa.

Questo approccio non soddisfa le opinioni di alcuni fisici che ha portato alla critica delle ipotesi. teoria competitivo della gravità quantistica a loop come punto di partenza utilizzando la quantizzazione dello spazio e del tempo. Alcuni credono che alla fine sarà solo un approccio diverso a tutti la stessa ipotesi di base.

Quantizzazione della gravità

Il risultato principale di questa ipotesi, se confermato, sarà una teoria quantistica della gravità. attuale descrizione di gravità nella relatività generale è incompatibile con la fisica quantistica. Ultimo, imponendo restrizioni sul comportamento di piccole particelle, durante il tentativo di esplorare l'universo in modo estremamente piccola scala porta a contraddizioni.

L'unificazione delle forze

Attualmente, i fisici sono noti quattro forze fondamentali: gravità, elettromagnetici, interazioni nucleari deboli e forti. Dalla teoria delle stringhe implica che tutti erano una volta manifestazioni della stessa.

Secondo questa ipotesi, come raffreddato l'universo subito dopo il Big Bang, si tratta di una singola interazione è stato suddiviso in operativo diverso oggi.

Esperimenti con alta energia mai ci permettono di trovare l'unione di queste forze, anche se questi esperimenti sono molto al di là dello sviluppo tecnologico attuale.

cinque opzioni

Dopo la rivoluzione delle superstringhe, nel 1984, lo sviluppo è avvenuto a un ritmo febbrile. Di conseguenza, invece di un concetto compiuto cinque anni, chiamato tipo I, IIA, IIB, HO, HE, ciascuno dei quali è descrive quasi del tutto il nostro mondo, ma non fino alla fine.

Fisica, toccando versione della teoria delle stringhe, nella speranza di trovare il vero formula universale, creato 5 diverse varianti di auto-sufficienti. Alcuni di loro proprietà riflettono la realtà fisica del mondo, gli altri erano false.

M-teoria

In una conferenza nel 1995, il fisico Edward Witten ha proposto una soluzione audace per le cinque ipotesi. Sulla base della recente scoperta di dualità, tutti diventano casi particolari di un singolo concetto globale chiamato Witten M teoria delle superstringhe. Uno dei concetti chiave divenne brane (abbreviazione di membrana), oggetti di base che hanno più di una dimensione. Anche se l'autore non ha offerto la versione completa, che non è così lontano, la teoria M delle superstringhe è composto brevemente le seguenti caratteristiche:

  • 11-dimensione (10 più 1 spaziale dimensione temporale);
  • dualità, che portano a cinque le teorie che spiegano la stessa realtà fisica;
  • brane – stringhe, con più di 1 misura.

indagine

Di conseguenza, invece di uno c'era 10 500 decisioni. Per alcuni fisici è stato la causa della crisi, mentre altri hanno preso il principio antropico, che spiega le proprietà dell'universo con la nostra presenza in esso. Resta da aspettarselo, quando i teorici potranno trovare un altro modo per navigare la teoria delle superstringhe.

Alcune interpretazioni dicono che il nostro mondo non è l'unico. Le versioni più radicali consentono l'esistenza di un numero infinito di universi, alcuni dei quali contengono copie esatte della nostra.

La teoria di Einstein predice l'esistenza di uno spazio ridotto al minimo, che si chiama un wormhole o un ponte di Einstein-Rosen. In questo caso i due sito remoto associato breve passaggio. teoria delle superstringhe permette non solo, ma anche il collegamento di punti remoti dei mondi paralleli. È anche possibile passare dalle universi con diverse leggi della fisica. Tuttavia, l'opzione probabilmente, quando la teoria quantistica della gravità renderà impossibile la loro esistenza.

Molti fisici ritengono che il principio olografico, quando tutte le informazioni contenute nello spazio di volume, corrisponde alle informazioni registrate sulla superficie, consentirà una più profonda comprensione del concetto di fili di potenza.

Alcuni credono che la teoria delle superstringhe permette misurazioni multiple di tempo, con conseguente può essere un viaggio attraverso di loro.

Inoltre, nel quadro delle ipotesi v'è un'alternativa al modello del Big Bang, secondo la quale il nostro universo è stato il risultato di una collisione tra due brane e passa attraverso ripetuti cicli di creazione e distruzione.

Il destino ultimo dell'universo ha sempre occupato i fisici, e la versione finale della teoria delle stringhe può aiutare a determinare la densità della materia e costante cosmologica. Conoscendo questi valori, i cosmologi saranno in grado di determinare se l'universo si ridurrà fino a quando, fino a quando non esplode, tutto è cominciato di nuovo.

Nessuno conosce le conseguenze della teoria scientifica, fino a quando non sarà sviluppato e testato. Einstein, scrivendo l'equazione E = mc 2, non si aspettava che porterà alla nascita di armi nucleari. I creatori della fisica quantistica non sapevano che sarà la base per il laser e il transistor. E anche se non si sa ancora quale sarà un concetto puramente teorico, la storia dimostra che sicuramente ottenere qualcosa di straordinario.

Per ulteriori informazioni su questa ipotesi si possono trovare nel libro Endryu Tsimmermana "Super String Theory for Dummies".