В области физики элементарных частиц теория струн объединяет квантовую механику и общую теорию относительности Альберта Эйнштейна.
Перейти к разделу
- Что такое теория струн?
- 5 центральных идей теории струн
- Краткая история теории струн
- Учить больше
- Узнайте больше о мастер-классе Нила де Грасса Тайсона
Известный астрофизик Нил де Грасс Тайсон учит вас, как находить объективные истины, и делится своими инструментами для передачи того, что вы открываете.
Учить больше
Что такое теория струн?
Теория струн обеспечивает теоретическую основу, в которой все частицы, от фотонов до кварков, представляют собой одномерные струны, а не нульмерные точки. Если бы была найдена версия теории струн, применимая во всех контекстах, она послужила бы единой математической моделью для описания природы Вселенной - теорией всего, которая заменила бы Стандартную модель физики, которая не объясняет гравитацию.
5 центральных идей теории струн
Понимание тонкостей теории струн требует обширного изучения, но ознакомление с основными элементами теории струн даст вам базовое понимание ее основных концепций.
- Струны и браны : Струны - это одномерные волокна, которые бывают двух форм: открытые струны и закрытые струны. У открытой струны концы не соединяются, а закрытая струна образует замкнутый цикл. Отруби (производные от слова «мембрана») представляют собой листовые объекты, к которым струны могут прикрепляться с любого конца. Брана способны перемещаться в пространстве-времени в соответствии с правилами квантовой механики.
- Дополнительные пространственные измерения : Физики признают, что наша Вселенная содержит три пространственных измерения, но теоретики струн выступают за модель, описывающую дополнительные измерения пространства. В теории струн по крайней мере шесть дополнительных измерений остаются незамеченными, потому что они плотно компактифицированы в сложную складчатую форму, называемую многообразием Калаби-Яу.
- Квантовая гравитация : Теория струн - это теория квантовой гравитации, потому что она пытается объединить квантовую физику с общей теорией относительности. Квантовая физика изучает мельчайшие объекты во Вселенной, такие как атомы и субатомные частицы, в то время как общая теория относительности обычно фокусируется на более крупных объектах во Вселенной.
- Суперсимметрия : Суперсимметрия, также известная как теория суперструн, описывает отношения между двумя типами частиц, бозонами и фермионами. В теории суперсимметричных струн бозон (или силовая частица) всегда имеет аналог - фермион (или частицу материи), и наоборот. Концепция суперсимметрии все еще остается теоретической, поскольку ученые еще не видели ни одной из этих частиц. Некоторые физики предполагают, что это связано с тем, что для генерации бозонов и фермионов потребуются невероятно высокие уровни энергии. Эти частицы могли существовать в ранней Вселенной до Большого взрыва, но затем распались на частицы с более низкой энергией, наблюдаемые сегодня. Большой адронный коллайдер (коллайдер частиц с самой высокой энергией в мире) может в какой-то момент генерировать достаточно энергии, чтобы поддержать эту теорию, хотя на данный момент он не обнаружил доказательств суперсимметрии.
- Объединенные силы : Теоретики струн полагают, что они могут использовать взаимодействующие струны, чтобы объяснить, как четыре фундаментальных силы природы - сила гравитации, электромагнитная сила, сильная ядерная сила и слабая ядерная сила - создают единую теорию всего.
Краткая история теории струн
Следующая временная шкала отмечает значительные достижения в области теории струн.
- 1968 г. : Габриэле Венециано, итальянский физик-теоретик, работающий в Европейской организации ядерных исследований (CERN), использовал данные, собранные с различных ускорителей частиц, чтобы сформулировать основы теории струн. Он построил модель двойного резонанса после того, как понял, что может использовать формулу бета-функции Эйлера 200-летней давности для объяснения физических характеристик сильно взаимодействующих частиц.
- 1970 г. : Название «теория струн» возникло, когда три физика - Леонард Сасскинд, Хольгер Нильсен и Йоичиро Намбу - использовали модель Венециано, чтобы предположить, что Вселенная состоит из крошечных вибрирующих струн.
- 1971 г. : Профессор теоретической физики Пьер Рамонд инициировал развитие теории суперструн, сформулировав концепцию суперсимметрии.
- 1974 г. : Японский физик Тамиаки Йонея обнаружил, что теория струн содержит частицу со свойствами гравитона - квантовую частицу, которая несет гравитационную силу - и понял, что аспекты теории струн могут также быть теорией гравитации.
- 1984 : Английский физик Майкл Грин и американский физик Джон Шварц открыли устранение аномалий в теории струн типа I, которое стало известно как механизм Грина-Шварца. Это событие еще больше соединило идеи теории струн с суперсимметрией и положило начало первой суперструнной революции.
- 1985 г. : «Принстонский струнный квартет» - Дэвид Госс, Джеффри Харви, Эмиль Мартинек и Райан Ром - открыли гетеротические струны, которые представляют собой замкнутые струны, представляющие собой гибриды суперструны и бозонной струны.
- тысяча девятьсот девяносто пятый год : Эдвард Виттен, физик-теоретик из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, предположил, что пять различных принятых версий теории струн на самом деле не являются отдельными теориями. Виттен предположил, что это всего лишь различные пределы одной единственной теории, которую Виттен назвал М-теорией. Идея М-теории положила начало второй суперструнной революции.
Мастер класс
Предлагается для вас
Онлайн-классы, которые проводят величайшие умы мира. Расширьте свои знания в этих категориях.
Нил де Грасс ТайсонОбучает научному мышлению и общению
Узнать больше Доктор Джейн ГудоллУчит сохранению
Узнать больше Крис Хэдфилд
Обучает исследованию космоса
Узнать больше Мэтью УокерОбучает науке лучшего сна
Учить большеУчить больше
Получить Годовое членство в MasterClass для эксклюзивного доступа к видео-урокам, которые проводят светила бизнеса и науки, включая Нила де Грасса Тайсона, Криса Хэдфилда, Джейн Гудолл и других.
сколько лаврового листа использовать
