V teorii strun nahradí drobné kousky struny tradiční subatomické částice.
Paul M. Sutter je astrofyzik v SUNY Stony Brook a Flatiron Institute, hostitel Zeptejte se Spacemana a Vesmírné rádio, a autorVaše místo ve vesmíru.„Sutter přispěl k tomuto článku Odborné hlasy Space.com: Op-Ed & Insights.
Teorie strun doufá, že bude doslovnou teorií všeho, jediným sjednocujícím rámcem, který vysvětluje veškerou rozmanitost a bohatství, které vidíme ve vesmíru a v našich srážkách částic, od způsobu, jakým se gravitace chová, ať už je sakra jakákoli temná energie je důvod, proč mají elektrony hmotnost, kterou dělají. A i když je to potenciálně silný nápad, který, pokud by odemknutý, zcela revolucionizoval naše chápání fyzického světa, nebyl nikdy přímo testován.
Existují však způsoby, jak prozkoumat některé z podkladů a potenciálních důsledků teorie strun. A i když tyto testy neprokázaly strunovou teorii přímo tak či onak, pomohly by podpořit její případ. Pojďme prozkoumat.
Zneklidňující problém
Nejprve však musíme prozkoumat, proč je teorii strun tak těžké testovat. Existují dva důvody.
Řetězce strunné teorie jsou ohromně malé, myšlenka je někde kolem Planckovy stupnice, holá 10-34 metrů napříč. To je daleko, mnohem menší, než cokoli, co bychom mohli doufat, že budeme zkoušet iu našich nejpřesnějších nástrojů. Řetězce jsou ve skutečnosti tak malé, že se nám jeví jako bodové částice, jako jsou elektrony, fotony a neutrony. Prostě nemůžeme nikdy zírat přímo na řetězec.
S touto drobností je spojena energetická škála potřebná k prozkoumání režimů, ve kterých je teorie strun skutečně důležitá. K dnešnímu dni máme dva různé přístupy k vysvětlení čtyři přírodní síly. Na jedné straně máme techniky teorie kvantového pole, které poskytují mikroskopický popis elektromagnetismu a dvou jaderných sil. A na druhé straně máme obecná relativita, což nám umožňuje chápat gravitaci jako ohýbání a deformace časoprostoru.
Ve všech případech, které můžeme přímo prozkoumat, je použití jednoho nebo druhého v pořádku. Teorie strun vstoupí do hry pouze tehdy, když se pokusíme zkombinovat všechny čtyři síly s jediným popisem, na kterém záleží jen na nejvyšších energetických stupnicích - tak vysokých, že jsme nikdy nemohli nikdy postavit stroj k dosažení těchto výšek.
Ale i kdybychom mohli vymyslet srážce částic, aby přímo sondovali energie kvantové gravitace, nemohli jsme testovat teorii strun, protože dosud strunová teorie není úplná. Neexistuje. Máme pouze přibližné údaje, o nichž doufáme, že se přiblíží skutečné teorii, ale nemáme ponětí, jak jsme správné (nebo špatné). Teorie strun tedy ani není na úkolu předpovědí, které bychom mohli porovnat s hypotetickými experimenty.
Kosmické blues
I když nemůžeme dosáhnout energií potřebných v našich srážkách částic, abychom se mohli skutečně podrobně podívat do potenciálního světa strun, před 13,8 miliardami let byl celý náš vesmír kotlem základních sil. Možná bychom mohli získat nějaké přísné informace nahlédnutím do historie velký třesk.
Jeden návrh předložený teoretiky strun je další druh teoretického řetězce: kosmický řetězec. Kosmické struny jsou vesmírem překlenující defekty v časoprostoru, zbývající z nejranějších okamžiků Velkého třesku, a jsou docela obecnou predikcí fyziky těchto epoch vesmír.
Ale kosmické struny může být také super-duper-stretched-out struny z teorie strun, které jsou obvykle tak malé, že "mikroskopický" je příliš velký na slovo, ale byly nataženy a taženy neustálým rozšiřováním vesmíru. Takže kdybychom našli kosmický řetězec, který se vznášel v kosmu, mohli bychom ho pečlivě prostudovat a zkontrolovat, zda je to opravdu něco, co předpovídá teorie strun.
Dosud nebyly v našem vesmíru nalezeny žádné kosmické řetězce.
Stále je vyhledávání zapnuto. Pokud bychom našli kosmický řetězec, nemuselo by to nutně potvrdit teorii strun - bylo by potřeba mnohem více práce, teoreticky i pozorně, aby se rozeznala predikce teorie strun z verze crack-in-spacetime.
Není to tak supersymetrie
Přesto bychom mohli být schopni vyzvednout nějaké zajímavé stopy, a jedním z nich je supersymetrie. Supersymetrie je hypotetická symetrie přírody, která spojuje všechny fermiony (stavební bloky reality jako elektrony a kvarky) s bosony (nositeli sil jako gluony a fotony) v rámci jedné kostry.
Stroj supersymetrie byl nejprve vypracován strunnými teoretiky, ale vzal oheň jako zajímavá cesta pro všechny vysokoenergetické fyziky, aby potenciálně vyřešili některé problémy s Standardní model a předpovídat novou fyziku. V rámci teorie strun supersymetrie umožňuje řetězcům popisovat nejen síly přírody, ale také stavební bloky, což dává této teorii moc být teorií všeho.
Takže kdybychom našli důkaz pro supersymetrii, neprokázalo by to strunovou teorii, ale byl by to hlavní odrazový můstek.
Nenašli jsme žádný důkaz supersymetrie.
Velký Hadron Collider (LHC) byl výslovně navržen tak, aby prozkoumával supersymetrii nebo alespoň některé z nejjednodušších a nejsnadněji dosažitelných verzí supersymetrie hledáním nových částic předpovídaných teorií. LHC se zcela vyprázdnil, aniž by dokonce zaváhal novou supersymetrickou částici a vymazal všechny nejjednodušší supersymetrické myšlenky úplně z mapy.
A i když tento negativní výsledek nevylučuje teorii strun, neznamená to také, že vypadá příliš skvěle.
Budeme mít jednoho dne důkaz i pro jeden z podkladů nebo postranních předpovědí teorie strun? Je nemožné říci. Spousta nadějí se přidala k supersymetrii, která se dosud nepodařilo dodat, a stále přetrvávají otázky, zda stojí za to postavit ještě větší srážky, aby se pokusily tlačit na supersymetrii tvrději, nebo jestli bychom se měli prostě vzdát a zkusit něco jiného.
- Jak by vesmír mohl mít více dimenzí
- Záhadné částice vycházející z fyziky Antarktidy vzdorují
- Velký třesk: Co se skutečně stalo při narození našeho vesmíru?
Další informace získáte poslechem epizody „Stojí za to Stringova teorie? (Část 6: Měli bychom to pravděpodobně vyzkoušet)“ na podcastu Ask A Spaceman, k dispozici na iTunes a na webu na adresehttp://www.askaspaceman.com. Díky Johnu 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, které vedly k tomuto dílu! Zeptejte se na Twitteru pomocí #AskASpaceman nebo sledováním Paula @PaulMattSutter a facebook.com/PaulMattSutter.
