Τι είναι η Θεωρία Χορδών;

Δεν μπορείς να μιλάς για φυσική, ακόμη και επιπόλαια, χωρίς κάποιος να απορρίπτει την έννοια της θεωρίας χορδών σαν να ξέρει τι μιλάει. Τι ελπίζει να αποδείξει και ποιος μελετά αυτές τις θεωρίες; Τι παιχνίδι θα χρησιμοποιούσατε για να παίξετε με τη θεωρητική γάτα του Schrodinger; Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτές τις ερωτήσεις και άλλα για να δούμε αν μπορούμε να ενώσουμε τα κομμάτια του παζλ και να καταλάβουμε, μια για πάντα, τι είναι η θεωρία χορδών.

Η θεωρία των πάντων του Αϊνστάιν

Ο Αϊνστάιν παίρνει τα εύσημα για μερικές από τις πιο πρωτοποριακές θεωρίες στην ιστορία της φυσικής. Παραδείγματα περιλαμβάνουν τη γενική σχετικότητα και την κβαντική μηχανική. Στα τελευταία χρόνια της ζωής του, ο διαπρεπής φυσικός προσπάθησε να δημιουργήσει κάτι νέο. Δημιούργησε μια θεωρία για τα πάντα. Η θεωρία ενώνει όλους τους κλάδους της φυσικής σε κάτι συμβατό με την τρέχουσα κατανόησή μας για την επιστήμη.

Η αναζήτηση του Αϊνστάιν για μια ενοποιημένη θεωρία της φυσικής έχει εμπνεύσει πολλούς νεαρούς φυσικούς, συμπεριλαμβανομένου του Michio Kaku, ο οποίος — μεταξύ άλλων — κατασκεύασε έναν επιταχυντή σωματιδίων στο γκαράζ του ενώ ήταν ακόμη στο γυμνάσιο, που του χάρισε μια πλήρη βόλτα στο Χάρβαρντ.

Ο στόχος του Kaku στη ζωή είναι να βρει αυτή τη θεωρία των πάντων. Όπως το θέτει, η «εξίσωση μιας ίντσας που εξηγεί τα πάντα». Εκεί μπαίνει η θεωρία χορδών.

Εξαιρετικό, αμφιλεγόμενο και αναπόδεικτο

Η θεωρία χορδών παραμένει σταθερά στη σφαίρα της θεωρητικής φυσικής και είναι αμφιλεγόμενη στην επιστημονική κοινότητα. Η ιδέα προέκυψε για πρώτη φορά στις δεκαετίες του 1960 και του 1970, επειδή οι φυσικοί χρησιμοποιούσαν χορδές για να μοντελοποιήσουν τα δεδομένα που παράγονται από τους επιταχυντές σωματιδίων στην Ευρώπη εκείνη την εποχή. Το 1984, δύο φυσικοί — ο Michael Green και ο John Schwarz — έδειξαν ότι η χρήση αυτών των χορδών βοήθησε στην αποφυγή ορισμένων από τις ασυνέπειες που συνέχιζαν να εμφανίζονται στα μοντέλα φυσικής στο παρελθόν.

Εκεί άρχισε να γίνεται λίγο περίπλοκο.

Η θεωρία χορδών δηλώνει ότι τα πάντα στο σύμπαν αποτελούνται από μονοδιάστατα δονούμενα νήματα και μεμβράνες ενέργειας. Τα νήματα αναφέρονται επίσης ως χορδές. Οι μεμβράνες είναι επίσης γνωστές ως βράνες. Αυτή η ιδέα είναι αντίθετη με την παραδοσιακή περιγραφή των υποατομικών σωματιδίων - τυπικά μοντέλα τα απεικονίζουν ως σωματίδια μηδενικών διαστάσεων. Το δύσκολο κομμάτι αυτής της θεωρίας είναι ότι αυτές οι μονοδιάστατες χορδές υπάρχουν είτε σε 10 είτε σε 11 διαφορετικές διαστάσεις, ανάλογα με το ποιον ρωτάτε. Πέντε διαφορετικές έννοιες εξηγούν τη θεωρία χορδών. Ωστόσο, όλα αυτά παραμένουν αναπόδεικτα.

Μιλήστε για να πάρετε αυτά που γνωρίζετε για τη φυσική και να τα μετατρέψετε στα 11 — διαστάσεις, δηλαδή. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η θεωρία χορδών είναι τόσο αμφιλεγόμενη. Είναι σχεδόν πολύ εύκολο, παρά την αναπόδεικτη κατάστασή του, να αποδεχτούμε ότι αυτή θα μπορούσε να είναι η Θεωρία των Πάντων του Αϊνστάιν — ή τουλάχιστον ένα μέρος της.

Ατελείωτες δυνατότητες

Το διασκεδαστικό με τη θεωρία χορδών είναι το γεγονός ότι δημιουργεί σχεδόν ατελείωτες δυνατότητες καθώς προσπαθεί να συμφιλιώσει την κβαντική φυσική και τη γενική σχετικότητα. Για να είναι ακόμη και εφικτό, πρέπει να υπάρχουν αρκετές μη παρατηρήσιμες διαστάσεις στο σύμπαν. Αυτή τη στιγμή, υπάρχουμε σε τέσσερις διαστάσεις - μήκος, πλάτος, βάθος και χρόνος. Η θεωρία χορδών διπλασιάζει ή τριπλασιάζει αυτόν τον αριθμό διαστάσεων και προς το παρόν δεν μπορούμε να δούμε καμία από αυτές.

Η θεωρία χορδών ανοίγει επίσης την πιθανότητα ύπαρξης παράλληλων σύμπαντων. Έχουμε φαντασιωθεί για παράλληλα σύμπαντα ή πολυσύμπανα στην επιστημονική φαντασία για δεκαετίες. Ωστόσο, η θεωρία χορδών έχει τη δυνατότητα να τη μετατρέψει από επιστημονική φαντασία σε επιστημονικό γεγονός. Αυτή η θεωρία προβλέπει ότι υπάρχουν από 10 έως την 500η δύναμη διαφορετικές εκδοχές του χωροχρόνου — καθεμία με μοναδικούς νόμους της φυσικής.

Το μόνο πρόβλημα με αυτή τη θεωρία είναι η σκοτεινή ενέργεια - η οποία αποτελεί περίπου το 68% του σύμπαντός μας, παρόλο που δεν γνωρίζουμε τι είναι. Σύμφωνα με τις τρέχουσες φιλοσοφίες, η σκοτεινή ενέργεια που αποτελεί περισσότερο από το μισό του σύμπαντός μας μπορεί να είναι εντελώς ασύμβατη με την έννοια της θεωρίας χορδών.

Η Θεωρία Χορδών

Ενώ η θεωρία χορδών μπορεί να μην είναι ένα παιχνίδι για εμάς για να παίξουμε με τη γάτα του Schrodinger, δεν είμαστε και απολύτως σίγουροι τι είναι. Αυτή η θεωρία προσπαθεί να γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ της γενικής σχετικότητας και της κβαντικής φυσικής. Αυτά τα δύο πράγματα δεν τείνουν να συνδυάζονται με την τρέχουσα κατανόησή μας για τις δύο επιστήμες. Η θεωρία χορδών μπορεί να μην είναι η απάντηση που αναζητούσαμε εμείς ή ο Αϊνστάιν. Ωστόσο, προς το παρόν, είναι το καλύτερο εργαλείο που έχουμε για να προωθήσουμε την κατανόησή μας για τη φυσική και για το σύμπαν συνολικά.