U teoriji struna, sićušni komadići stringova zamjenjuju tradicionalne subatomske čestice.
Paul M. Sutter je astrofizičar iz SUNY Stony Brook i Instituta Flatiron, čiji je domaćin Pitajte svemira i Svemirski radioi autor knjige "Vaše mjesto u svemiru."Sutter je pridonio ovom članku Glasovi stručnjaka Space.com-a: Op-Ed & Insights.
Teorija struna nada se doslovnoj teoriji svega, jedinstvenom objedinjavajućem okviru koji objašnjava svu raznolikost i bogatstvo koje vidimo u kosmosu i u našim sudaračima čestica, od načina na koji se gravitacija ponaša do bilo čega vraga tamna energija je zbog čega elektroni imaju masu koju čine. I premda se radi o potencijalno moćnoj ideji, koja bi, ako bi se otključala, u potpunosti promijenila naše razumijevanje fizičkog svijeta, nikada nije izravno testirana.
Međutim, postojali su načini za istraživanje nekih temelja i potencijalnih posljedica toga teorija struna, I dok ovi testovi ne bi na jedan ili drugi način dokazali teoriju struna, oni bi pomogli da se ojača njegov slučaj. Istražimo.
Uznemirujući problem
Prvo ipak moramo ispitati zašto je teoriju struna tako teško ispitati. Dva su razloga.
Nizovi teorije struna su nevjerojatno mali, za koje se mislilo da su negdje oko Planckove ljestvice, široki tek 10-34 metra. To je daleko, daleko manje od svega što se možemo nadati da ćemo ispitati čak i s našim najpreciznijim instrumentima. Nizovi su u stvari toliko mali da nam se čine točkastim česticama, poput elektrona i fotona i neutrona. Jednostavno nikada ne možemo buljiti u niz.
S tom malobrojnošću povezana je i energetska razina potrebna za ispitivanje režima gdje je teorija struna zapravo bitna. Od danas, imamo dva različita pristupa za objašnjenje četiri sile prirode, S jedne strane imamo tehnike kvantne teorije polja koje daju mikroskopski opis elektromagnetizma i dviju nuklearnih sila. A s druge imamo opća relativnost, što nam omogućava da shvatimo gravitaciju kao savijanje i izvijanje svemira.
Za sve slučajeve koje možemo izravno ispitati, korištenje jednog ili drugog je sasvim u redu. Teorija struna dolazi na snagu tek kada pokušamo kombinirati sve četiri sile s jednim opisom, što je zaista važno na vrlo najvišim energetskim ljestvicama - toliko visokim da nikada ne bismo ikada mogli sagraditi stroj za dostizanje takvih visina.
Ali čak i ako bismo mogli osmisliti sudarač čestica koji bi izravno ispitivao energije kvantne gravitacije, ne bismo mogli testirati teoriju struna, jer još uvijek teorija struna nije potpuna. Ne postoji. Imamo samo aproksimacije za koje se nadamo da se približavaju stvarnoj teoriji, ali nemamo pojma koliko smo u pravu (ili u krivu). Dakle, teorija struna čak nije dorasla zadatku davanja predviđanja koja bismo mogli usporediti s hipotetičkim eksperimentima.
Kozmički blues
Iako ne možemo postići energije potrebne u našim sudaračima čestica da bismo zaista dubinski pogledali potencijalni svijet žica, prije 13,8 milijardi godina naš je čitav svemir bio kotlom osnovnih sila. Možda bismo mogli steći nekoliko strogih uvida gledajući povijest prošlosti veliki prasak.
Jedan prijedlog koji su iznijeli teoretičari niza je druga vrsta teorijskog niza: kozmički niz. Kozmički nizovi su oštećenja svemira u prostornom vremenu, koja su preostala od najranijih trenutaka Velikog praska, i prilično su općenita predviđanja fizike tih epoha svemir.
Ali kozmički nizovi mogle bi biti i super duper rastegnute žice iz teorije struna, koje su obično toliko male da je "mikroskopska" prevelika riječ, ali su je istegnule i povukle neprestanim širenjem svemira. Dakle, ako bismo našli kozmički niz koji lebdi tamo u kozmosu, mogli bismo ga pažljivo proučiti i provjeriti je li to stvarno nešto što predviđa teorija struna.
Do danas u našem svemiru nisu pronađeni nikakvi kozmički nizovi.
Ipak, potraga je u tijeku. Da smo pronašli kozmički niz, to ne bi nužno valjano potvrdilo teoriju stringova - bilo bi potrebno učiniti mnogo više posla, i teoretski i promatrački, da bi se razdvojilo predviđanje teorije stringova od verzije provale u prostor-vrijeme.
Nije baš supersimetrija
Ipak, možda bismo mogli pokupiti neke zanimljive tragove, a jedan od tih tragova je supersimetrija, Supersimetrija je hipotezirana simetrija prirode koja povezuje sve fermione (građevne dijelove stvarnosti poput elektrona i kvarkova) s bozonima (nosiocima sila poput gluona i fotona) u jednom okviru.
Strojeve supersimetrije prvo su radili teoričari struna, ali uzeli su vatru kao zanimljiv put svim fizičarima visoke energije kako bi potencijalno riješili neke probleme s Standardni model i predvidjeti novu fiziku. Unutar teorije struna, super-simetrija omogućava strunama da opišu ne samo sile prirode, već i građevne blokove, dajući toj teoriji snagu da uistinu bude teorija svega.
Dakle, ako smo pronašli dokaze za supersimetriju, to ne bi dokazalo teoriju struna, ali to bi bilo glavni kamen temeljac.
Nismo pronašli nikakve dokaze o supersimetriji.
Veliki hadronski sudarač (LHC) izričito je osmišljen kako bi istražio supersimetriju ili barem neke od najjednostavnijih i najlakše dostupnih verzija supersimetrije tražeći nove čestice predviđene teorijom. LHC se pokazao potpuno prazan, bez i trunke nove supersimetrične čestice, brišući sve najjednostavnije ideje o supersimetriji s karte.
I iako ovaj negativni rezultat ne isključuje teoriju struna, ni to ne čini previše sjajnim.
Hoćemo li jednog dana imati dokaze za čak jedno od podloga ili bočna predviđanja teorije struna? Nemoguće je reći. Puno nade bilo je vezano za super-simetriju, koja do sada nije uspjela pružiti, a ostaju pitanja o tome isplati li se izgraditi još veće sudare kako bismo pokušali jače gurnuti supersimetriju ili bismo se samo trebali odreći i pokušati nešto drugo.
- Kako bi svemir mogao imati više dimenzija
- Tajanstvene čestice koje izviru iz Antarktike prkosimo fizici
- Veliki prasak: Što se zapravo dogodilo rođenjem našeg svemira?
Saznajte više slušajući epizodu "Vrijedi li teorija strune? (Dio 6: Vjerojatno bismo to trebali testirati)" na podcastu Ask A Spaceman, dostupan na iTunes i na Internetu nahttp://www.askaspaceman.com, Zahvaljujući John 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 pitanja koja su dovela do ovog djela! Postavite svoje pitanje na Twitteru koristeći #AskASpaceman ili slijedeći Paula @PaulMattSutter i facebook.com/PaulMattSutter.
