Saat ini, gambaran ilmiah tentang dunia terbentuk sedemikian rupa sehingga alam semesta kita diatur oleh dua set hukum - relativitas umum, yang menjelaskan kerja gravitasi yang luar biasa, dan mekanika kuantum, yang menggambarkan tiga interaksi lainnya dari alam semesta (nuklir kuat, nuklir lemah, dan elektromagnetisme). Anda dapat mengambil hukum ini dan menerapkannya pada benda-benda dalam skala besar - planet, galaksi, dan kemudian pada skala terkecil - proton dan neutron. Tetapi mengapa alam membuat dua perangkat hukum terpisah untuk alam semesta?
Teori superstring adalah upaya untuk menjawab dua pertanyaan: Adakah cara untuk menggabungkan relativitas umum dan mekanika kuantum untuk menciptakan "teori segalanya"? Terdiri dari apa semua itu?
Teori superstring
Kami dulu berpikir bahwa penyusun kehidupan adalah atom, komponen terkecil dari materi. Tapi kemudian kita menabrak atom dan menemukan partikel elementer, sangat kecil sehingga kita bahkan tidak bisa melihatnya tanpa berubah dengan cara tertentu. Untuk melihat sesuatu, kita membutuhkan cahaya terlebih dahulu untuk memantul dari objek dan mengenai mata kita, yang membentuk gambar. Cahaya terdiri dari gelombang elektromagnetik yang dengan bebas melewati partikel elementer. Kita bisa membuat gelombang ini lebih padat, menambahkan energi padanya sehingga mereka mengenai partikel dan kita bisa melihatnya, tapi begitu sesuatu mengenai partikel, itu berubah, jadi kita tidak bisa melihatnya dalam keadaan aslinya. Kami tidak tahu seperti apa partikel elementer itu. Seperti energi gelap, materi gelap, kita tidak dapat mengamati fenomena ini secara langsung, tetapi kita memiliki alasan untuk percayabahwa mereka ada.
Kami menganggap partikel-partikel ini sebagai titik-titik di ruang angkasa, meskipun kenyataannya bukan. Terlepas dari semua kekurangannya, metode ini - gagasan mekanika kuantum bahwa gaya dibawa oleh partikel - memberi kita gagasan yang cukup bagus tentang alam semesta dan mengarah pada terobosan seperti pelarut kuantum dan kereta levitasi magnetik. Relativitas umum sendiri juga telah bertahan dalam ujian waktu yang baik, menjelaskan bintang neutron dan anomali orbit Merkurius, memprediksi lubang hitam dan cahaya melengkung. Tapi persamaan relativitas umum, sayangnya, berhenti bekerja di tengah lubang hitam dan menjelang Big Bang. Masalahnya adalah tidak mungkin untuk menyatukannya, karena gravitasi dikaitkan dengan geometri ruang dan waktu, ketika jarak diukur secara akurat, tetapi di dunia kuantum tidak ada cara untuk mengukur apa pun.
Ketika para ilmuwan mencoba menemukan partikel baru yang akan mengawinkan gravitasi dengan mekanika kuantum, matematika mereka gagal.
Dalam arti tertentu, saya harus kembali ke papan tulis. Oleh karena itu, para ilmuwan telah mengemukakan bahwa komponen terkecil dari alam semesta bukanlah titik, melainkan string. Getaran string yang berbeda menciptakan partikel elementer yang berbeda seperti quark. Dawai yang bergetar dapat menyusun semua materi dan keempat gaya di alam semesta - termasuk gravitasi.
Video promosi:
Dimensi lebih tinggi
Teori superstring punya masalah. Ini tidak akan berhasil jika kita mengasumsikan bahwa hanya ada tiga dimensi spasial dan satu dimensi temporal tempat kita hidup. Teori string mengharuskan Anda memainkan setidaknya sepuluh dimensi.
Ketika GR pertama kali dipahami, gravitasi mendistorsi ruang dan waktu untuk menggambarkan gaya ini. Oleh karena itu, jika seseorang ingin mendeskripsikan gaya lain, seperti elektromagnetisme, dia perlu menambahkan dimensi baru. Ilmuwan menulis persamaan yang menjelaskan kurva dan cacat alam semesta dengan dimensi ekstra, dan memperoleh persamaan elektromagnetisme asli. Penemuan yang luar biasa.
Dimensi tambahan teori string dapat membantu kita menjelaskan mengapa angka-angka di alam semesta kita begitu terkalibrasi sehingga memungkinkan segala sesuatu ada. Misalnya, mengapa kecepatan cahaya 299.792.458 meter per detik? Mereka juga mencoba menjawab pertanyaan tentang gravitasi - mengapa gaya ini begitu lemah? Ini adalah yang terlemah dari empat interaksi fundamental: 1040 kali lebih lemah dari gaya elektromagnetik. Cukup membungkuk dan mengangkat buku dari lantai untuk menahannya. Secara teori, ini karena gravitasi merembes ke dimensi yang lebih tinggi. Gravitasi terdiri dari untaian loop tertutup yang memungkinkannya meninggalkan dimensi kita, berlawanan dengan untaian terbuka, yang lebih baik diarde.
Mengapa kita tidak bisa melihat semua dimensi ini?
Karena mereka ada pada tingkat yang sangat kecil sehingga mereka tidak terlihat oleh kita dan sulit dideteksi. Mereka kompak, dilengkapi sedemikian rupa sehingga mereka mereproduksi fisika dunia kita, melipat menjadi bentuk Calabi-Yau yang menarik. Bentuk Calabi Yau yang berbeda memungkinkan getaran string yang berbeda dan alam semesta yang sangat berbeda.
Kami bahkan dapat menguji dugaan banyak alam semesta. Karena kita berasumsi bahwa gravitasi merembes ke dimensi yang lebih tinggi, waktu yang dibutuhkan setelah tumbukan dua partikel lebih sedikit daripada sebelum tumbukan. Tetapi bahkan di bawah kondisi yang paling menguntungkan, menguji sesuatu seperti ini akan sangat sulit, sulit dipahami.
Perhitungan teori string dilakukan di alam semesta simulasi dengan 10 atau 11 dimensi tempat matematika bekerja. Ilmuwan kemudian mencoba untuk menghapus dimensi tambahan, tetapi sejauh ini tidak ada yang berhasil menggambarkan alam semesta kita atau merancang percobaan untuk membuktikan teori. Namun, ini tidak berarti bahwa kami tidak memiliki aplikasi untuk teori string.
Alat matematika yang sedang dikembangkan sebagai bagian dari penelitian teori string membantu kita memahami bagian-bagian alam semesta kita. Kita dapat menggunakannya untuk menjelaskan paradoks informasi, gravitasi kuantum, dan beberapa masalah dalam matematika murni dengan lebih baik. Beberapa ilmuwan menggunakan teori ini untuk kalkulasi mereka dalam fisika partikel atau saat mengamati keadaan materi yang eksotis.
Teori string mungkin bukan teori tentang segalanya, tapi setidaknya itu adalah teori tentang sesuatu.
Ilya Khel
