Teori superstring dalam bahasa populer. Apakah teori string teori terpadu dari segalanya? Teori string telah mengalami dua putaran

Tentu saja, untaian alam semesta hampir tidak mirip dengan yang kita bayangkan. Dalam teori string, mereka adalah filamen energi bergetar yang sangat kecil. Benang-benang ini agak seperti "pita elastis" kecil yang dapat menggeliat, meregang, dan menyusut dalam segala hal. Semua ini, bagaimanapun, tidak berarti bahwa simfoni Semesta tidak dapat "dimainkan" pada mereka, karena, menurut ahli teori string, segala sesuatu yang ada terdiri dari "utas" ini.

Kontroversi fisika

Pada paruh kedua abad ke-19, bagi fisikawan tampaknya tidak ada lagi hal serius yang dapat ditemukan dalam sains mereka. fisika klasik percaya itu masalah serius tidak ada yang tersisa di dalamnya, dan seluruh struktur dunia tampak seperti mesin yang disetel dengan sempurna dan dapat diprediksi. Masalahnya, seperti biasa, terjadi karena omong kosong - salah satu "awan" kecil yang masih tersisa di langit sains yang jernih dan dapat dipahami. Yaitu, ketika menghitung energi radiasi dari benda yang sepenuhnya hitam (benda hipotetis yang pada suhu berapa pun sepenuhnya menyerap insiden radiasi di atasnya, terlepas dari panjang gelombang - NS).

Perhitungan menunjukkan bahwa energi radiasi total dari setiap benda yang benar-benar hitam harus sangat besar. Untuk menghindari absurditas yang begitu nyata, ilmuwan Jerman Max Planck menyarankan pada tahun 1900 bahwa cahaya tampak, rontgen dan lain-lain gelombang elektromagnetik hanya dapat dipancarkan oleh bagian-bagian tertentu dari energi, yang disebut kuanta. Dengan bantuan mereka, adalah mungkin untuk memecahkan masalah khusus dari tubuh yang benar-benar hitam. Namun, konsekuensi dari hipotesis kuantum untuk determinisme belum direalisasikan pada saat itu. Sampai, pada tahun 1926, ilmuwan Jerman lainnya, Werner Heisenberg, merumuskan prinsip ketidakpastian yang terkenal.

Tidak ada cara untuk mengetahui dengan pasti pada titik mana di luar angkasa saat ini partikel ini atau itu, dan berapa momen momentumnya. Hanya ada kemungkinan tertentu untuk menemukan partikel di banyak wilayah ruang-waktu. Partikel pada tingkat subatomik tampaknya "diolesi" di luar angkasa. Tidak hanya itu, "status" partikel itu sendiri tidak ditentukan: dalam beberapa kasus mereka berperilaku seperti gelombang, di lain mereka menunjukkan sifat-sifat partikel. Inilah yang oleh fisikawan disebut dualitas gelombang-partikel. mekanika kuantum.

Tingkatan struktur dunia : 1. Tingkat makroskopik – substansi 2. tingkat molekul 3. Tingkat atom - proton, neutron dan elektron 4. Tingkat subatom - elektron 5. Tingkat subatom - quark 6. Tingkat string /© Bruno P. Ramos

Dalam Teori Relativitas Umum, seolah-olah dalam keadaan dengan hukum yang berlawanan, hal-hal pada dasarnya berbeda. Ruang tampak seperti trampolin - kain halus yang dapat ditekuk dan diregangkan oleh benda-benda yang memiliki massa. Mereka menciptakan deformasi ruang-waktu - apa yang kita alami sebagai gravitasi. Tak perlu dikatakan, Teori Relativitas Umum yang koheren, benar, dan dapat diprediksi berada dalam konflik yang tak terpecahkan dengan "pengganggu aneh" - mekanika kuantum, dan, sebagai akibatnya, makrokosmos tidak dapat "berdamai" dengan mikrokosmos. Di sinilah teori string masuk.

alam semesta 2D. Grafik polihedron E8 /©John Stembridge/Atlas of Lie Groups Project

Teori Segalanya

Teori string mewujudkan impian semua fisikawan untuk menyatukan keduanya, secara fundamental kontradiktif teman relativitas umum dan mekanika kuantum, mimpi yang menghantui "gipsi dan gelandangan" terbesar Albert Einstein sampai akhir hayatnya.

Banyak ilmuwan percaya bahwa segala sesuatu mulai dari tarian galaksi yang indah hingga tarian partikel subatomik yang hiruk pikuk pada akhirnya dapat dijelaskan hanya dengan satu prinsip dasar. prinsip fisik. Bahkan mungkin hukum tunggal yang menggabungkan semua jenis energi, partikel dan interaksi dalam beberapa formula yang elegan.

Relativitas umum menggambarkan salah satu kekuatan paling terkenal di alam semesta - gravitasi. Mekanika kuantum menjelaskan tiga gaya lain: gaya nuklir kuat, yang menyatukan proton dan neutron dalam atom, elektromagnetisme, dan gaya lemah, yang terlibat dalam peluruhan radioaktif. Setiap peristiwa di alam semesta, dari ionisasi atom hingga kelahiran bintang, dijelaskan oleh interaksi materi melalui empat gaya ini.

Melalui matematika yang paling kompleks berhasil menunjukkan bahwa interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah memiliki sifat umum, menggabungkan mereka menjadi satu elektrolemah. Selanjutnya, interaksi nuklir yang kuat ditambahkan ke mereka - tetapi gravitasi tidak bergabung dengan mereka dengan cara apa pun. Teori string adalah salah satu kandidat paling serius untuk menghubungkan keempat kekuatan, dan, oleh karena itu, merangkul semua fenomena di Semesta - bukan tanpa alasan bahwa itu juga disebut "Teori Segalanya".

Awalnya ada mitos

Sampai saat ini, tidak semua fisikawan antusias dengan teori string. Dan pada awal kemunculannya, itu memang tampak jauh dari kenyataan. Kelahirannya adalah sebuah legenda.

Pada akhir 1960-an, fisikawan teoretis Italia muda, Gabriele Veneziano, sedang mencari persamaan yang dapat menjelaskan gaya nuklir kuat, "lem" yang sangat kuat yang menyatukan inti atom dengan mengikat proton dan neutron bersama-sama. Menurut legenda, ia pernah menemukan sebuah buku berdebu tentang sejarah matematika, di mana ia menemukan fungsi berusia 200 tahun, yang pertama kali dicatat oleh ahli matematika Swiss Leonhard Euler. Bayangkan keterkejutan Veneziano ketika dia menemukan bahwa fungsi Euler, yang lama dianggap tidak lebih dari keingintahuan matematis, menggambarkan interaksi yang kuat ini.

Bagaimana itu benar-benar? Rumusnya mungkin adalah hasilnya bertahun-tahun karya Veneziano, dan kasus ini hanya membantu untuk mengambil langkah pertama menuju penemuan teori string. fungsi Euler, secara ajaib menjelaskan interaksi yang kuat, telah menemukan kehidupan baru.

Akhirnya, ia menarik perhatian seorang fisikawan teoretis muda Amerika, Leonard Susskind, yang melihat bahwa rumus tersebut terutama menggambarkan partikel yang tidak memiliki struktur internal dan dapat bergetar. Partikel-partikel ini berperilaku sedemikian rupa sehingga mereka tidak bisa hanya menjadi partikel titik. Susskind mengerti - rumusnya menggambarkan benang yang seperti karet gelang. Dia tidak hanya bisa meregangkan dan menyusut, tetapi juga terombang-ambing, menggeliat. Setelah menjelaskan penemuannya, Susskind memperkenalkan ide revolusioner string.

Sayangnya, sebagian besar rekan-rekannya menerima teori dengan agak dingin.

model standar

Pada saat itu, sains arus utama merepresentasikan partikel sebagai titik, bukan string. Selama bertahun-tahun, fisikawan telah menyelidiki perilaku partikel subatom, bertabrakan dengan kecepatan tinggi, dan mempelajari konsekuensi dari tumbukan ini. Ternyata alam semesta jauh lebih kaya daripada yang bisa dibayangkan. Itu benar-benar "ledakan populasi" partikel dasar. Mahasiswa pascasarjana universitas fisika berlari melalui koridor berteriak bahwa mereka telah dibuka partikel baru, - bahkan tidak ada cukup surat untuk menunjuk mereka. Tetapi, sayangnya, di "rumah sakit bersalin" partikel baru, para ilmuwan tidak dapat menemukan jawaban atas pertanyaan - mengapa ada begitu banyak dan dari mana asalnya?

Hal ini mendorong fisikawan untuk membuat prediksi yang tidak biasa dan mengejutkan - mereka menyadari bahwa gaya yang bekerja di alam juga dapat dijelaskan dengan menggunakan partikel. Artinya, ada partikel materi, dan ada partikel pembawa interaksi. Seperti, misalnya, adalah foton - partikel cahaya. Semakin banyak pembawa partikel ini - foton yang sama yang dipertukarkan oleh partikel materi, semakin cahaya lebih terang. Para ilmuwan telah meramalkan bahwa pertukaran partikel pembawa ini tidak lebih dari apa yang kita anggap sebagai kekuatan. Ini dikonfirmasi oleh eksperimen. Jadi fisikawan berhasil mendekati impian Einstein untuk bergabung.

Interaksi antara partikel yang berbeda dalam Model Standar /

Para ilmuwan percaya bahwa jika kita maju cepat ke momen segera setelahnya dentuman Besar, ketika alam semesta triliunan derajat lebih panas, partikel yang membawa elektromagnetisme dan interaksi lemah menjadi tidak bisa dibedakan dan bersatu menjadi satu kekuatan yang disebut elektrolemah. Dan jika kita kembali ke masa lalu lebih jauh, maka interaksi elektro-lemah akan bergabung dengan yang kuat menjadi satu "kekuatan super" total.

Terlepas dari kenyataan bahwa semua ini masih menunggu untuk dibuktikan, mekanika kuantum tiba-tiba menjelaskan bagaimana tiga dari empat gaya berinteraksi di tingkat subatomik. Dan dia menjelaskannya dengan indah dan konsisten. Gambaran interaksi yang harmonis ini pada akhirnya disebut Model Standar. Tapi, sayangnya, bahkan dalam teori yang sempurna ini ada satu masalah besar - itu tidak termasuk gaya paling terkenal dari tingkat makro - gravitasi.

gravitasi

Untuk teori string, yang tidak sempat "mekar", "musim gugur" datang, ia mengandung terlalu banyak masalah sejak kelahirannya. Misalnya, kalkulasi teori meramalkan keberadaan partikel, yang, seperti yang segera ditetapkan dengan tepat, tidak ada. Inilah yang disebut tachyon - partikel yang bergerak dalam ruang hampa lebih cepat dari cahaya. Antara lain, ternyata teori membutuhkan sebanyak 10 dimensi. Tidak mengherankan bahwa ini sangat memalukan bagi fisikawan, karena ini jelas lebih dari apa yang kita lihat.

Pada tahun 1973, hanya beberapa fisikawan muda yang masih berjuang dengan misteri teori string. Salah satunya adalah fisikawan Amerika Ahli teori John Schwartz. Selama empat tahun, Schwartz mencoba menjinakkan persamaan nakal, tetapi tidak berhasil. Di antara masalah lain, salah satu persamaan ini dengan keras kepala menggambarkan partikel misterius yang tidak memiliki massa dan tidak diamati di alam.

Ilmuwan itu telah memutuskan untuk meninggalkan bisnisnya yang membawa malapetaka, dan kemudian dia sadar - mungkin persamaan teori string menggambarkan, antara lain, gravitasi? Namun, ini menyiratkan revisi dimensi "pahlawan" utama teori - string. Dengan mengasumsikan bahwa string bermiliar-miliar kali lebih kecil dari sebuah atom, "stringer" mengubah kekurangan teori menjadi kebaikannya. Partikel misterius yang John Schwartz coba singkirkan sekarang bertindak sebagai graviton - partikel yang telah lama dicari dan memungkinkan gravitasi ditransfer ke tingkat kuantum. Ini adalah bagaimana teori string telah menambahkan gravitasi ke teka-teki, yang hilang dari Model Standar. Tapi, sayangnya, bahkan untuk penemuan ini komunitas sains tidak bereaksi sama sekali. Teori string tetap berada di ambang kelangsungan hidup. Tapi ini tidak menghentikan Schwartz. Hanya satu ilmuwan yang ingin bergabung dalam pencariannya, siap mempertaruhkan karirnya demi string misterius - Michael Green.

Boneka bersarang subatomik

Terlepas dari segalanya, pada awal 1980-an, teori string masih memiliki kontradiksi yang tak terpecahkan, yang dikenal dalam sains sebagai anomali. Schwartz dan Green mulai melenyapkan mereka. Dan upaya mereka tidak sia-sia: para ilmuwan berhasil menghilangkan beberapa kontradiksi dari teori tersebut. Bayangkan keheranan keduanya, yang sudah terbiasa dengan kenyataan bahwa teori mereka diabaikan, ketika reaksi komunitas ilmiah meledakkan dunia ilmiah. Dalam waktu kurang dari setahun, jumlah ahli teori string melonjak menjadi ratusan. Saat itulah teori string dianugerahi gelar The Theory of Everything. teori baru tampaknya mampu menggambarkan semua komponen alam semesta. Dan berikut adalah bahan-bahannya.

Setiap atom, seperti yang kita ketahui, terdiri dari partikel yang lebih kecil, elektron, yang mengelilingi inti yang terdiri dari proton dan neutron. Proton dan neutron, pada gilirannya, terdiri dari partikel yang lebih kecil yang disebut quark. Tapi teori string mengatakan itu tidak berakhir dengan quark. Quark terdiri dari filamen energi meliuk-liuk kecil yang menyerupai string. Masing-masing string ini sangat kecil.

Begitu kecilnya sehingga jika atom itu diperbesar seukuran tata surya, talinya akan seukuran pohon. Sama seperti getaran yang berbeda dari senar cello menciptakan apa yang kita dengar sebagai not musik yang berbeda, berbagai cara(modus) getaran tali memberikan partikel mereka properti unik massa, muatan, dll. Tahukah Anda bagaimana, secara relatif, proton di ujung kuku Anda berbeda dari graviton yang belum ditemukan? Hanya kumpulan senar kecil yang membentuknya dan bagaimana senar itu bergetar.

Tentu saja, semua ini lebih dari luar biasa. Sejak zaman Yunani Kuno, fisikawan telah terbiasa dengan kenyataan bahwa segala sesuatu di dunia ini terdiri dari sesuatu seperti bola, partikel kecil. Dan sekarang, tidak punya waktu untuk membiasakan diri dengan perilaku tidak logis dari bola-bola ini, yang mengikuti dari mekanika kuantum, mereka diundang untuk meninggalkan paradigma sama sekali dan beroperasi dengan semacam hiasan spageti...

Dimensi Kelima

Meskipun banyak ilmuwan menyebut teori string sebagai kemenangan matematika, beberapa masalah masih tetap ada - terutama, kurangnya kesempatan untuk mengujinya secara eksperimental dalam waktu dekat. Tidak ada satu pun instrumen di dunia ini, baik yang ada maupun yang mampu tampil dalam perspektif, yang tidak mampu “melihat” senar. Oleh karena itu, beberapa ilmuwan, omong-omong, bahkan mengajukan pertanyaan: apakah teori string merupakan teori fisika atau filsafat?.. Benar, sama sekali tidak perlu melihat string "dengan mata kepala sendiri". Untuk membuktikan teori string, sebaliknya, diperlukan sesuatu yang lain - sesuatu yang terdengar seperti fiksi ilmiah- konfirmasi keberadaan dimensi ruang tambahan.

Tentang apa dalam pertanyaan? Kita semua terbiasa dengan tiga dimensi ruang dan satu - waktu. Tapi teori string memprediksi keberadaan dimensi lain - tambahan -. Tapi mari kita mulai secara berurutan.

Faktanya, gagasan tentang keberadaan dimensi lain muncul hampir seratus tahun yang lalu. Itu datang ke kepala ahli matematika Jerman yang saat itu tidak dikenal Theodor Kalutz pada tahun 1919. Dia menyarankan kemungkinan kehadiran di alam semesta kita dari dimensi lain yang tidak kita lihat. Albert Einstein mendengar tentang ide ini, dan pada awalnya dia sangat menyukainya. Namun, kemudian, dia meragukan kebenarannya, dan menunda penerbitan Kaluza hingga dua tahun. Namun, akhirnya, artikel itu tetap diterbitkan, dan dimensi ekstra menjadi semacam gairah bagi kejeniusan fisika.

Seperti yang Anda ketahui, Einstein menunjukkan bahwa gravitasi tidak lain adalah deformasi pengukuran ruang-waktu. Kaluza menyarankan bahwa elektromagnetisme juga bisa menjadi riak. Mengapa kita tidak melihatnya? Kaluza menemukan jawaban untuk pertanyaan ini - riak elektromagnetisme bisa ada di tambahan, dimensi tersembunyi. Tapi di mana itu?

Jawaban atas pertanyaan ini diberikan oleh fisikawan Swedia Oscar Klein, yang menyarankan bahwa dimensi kelima Kaluza terlipat miliaran kali lebih besar dari ukuran atom tunggal, sehingga kita tidak dapat melihatnya. Gagasan bahwa dimensi kecil ini ada di sekitar kita adalah inti dari teori string.

Salah satu bentuk yang diusulkan dari dimensi berputar ekstra. Di dalam masing-masing bentuk ini, seutas tali bergetar dan bergerak - komponen utama Semesta. Setiap bentuk enam dimensi - sesuai dengan jumlah enam dimensi tambahan /

sepuluh dimensi

Tetapi pada kenyataannya, persamaan teori string tidak memerlukan satu, tetapi enam dimensi tambahan (total, dengan empat yang kita ketahui, ada tepat 10 dimensi). Semua dari mereka memiliki sangat bengkok dan bengkok bentuk kompleks. Dan semuanya sangat kecil.

Bagaimana dimensi kecil ini dapat memengaruhi dunia besar kita? Menurut teori string, menentukan: untuk itu, semuanya ditentukan oleh bentuk. Saat Anda memainkan kunci yang berbeda pada saksofon, Anda mendapatkan dan suara yang berbeda. Ini karena ketika Anda menekan tombol atau kombinasi tombol tertentu, Anda mengubah bentuk ruang di alat musik tempat udara bersirkulasi. Karena itu, suara yang berbeda lahir.

Teori string menunjukkan bahwa dimensi ruang yang ekstra bengkok dan bengkok muncul dengan cara yang sama. Bentuk dimensi tambahan ini rumit dan bervariasi, dan masing-masing menyebabkan string di dalam dimensi tersebut bergetar dengan cara yang berbeda justru karena bentuknya. Lagi pula, jika kita berasumsi, misalnya, bahwa satu senar bergetar di dalam kendi, dan yang lainnya di dalam tiang tiang yang melengkung, ini akan menjadi getaran yang sama sekali berbeda. Namun, jika teori string dapat dipercaya, pada kenyataannya, bentuk dimensi ekstra terlihat jauh lebih rumit daripada toples.

Bagaimana dunia bekerja?

Sains saat ini mengetahui sekumpulan angka yang merupakan konstanta dasar alam semesta. Mereka menentukan sifat dan karakteristik segala sesuatu di sekitar kita. Di antara konstanta seperti itu, misalnya, muatan elektron, konstanta gravitasi, kecepatan cahaya dalam ruang hampa ... Dan jika kita mengubah angka-angka ini bahkan dengan beberapa kali, konsekuensinya akan menjadi bencana besar. Misalkan kita meningkatkan kekuatan interaksi elektromagnetik. Apa yang terjadi? Kami tiba-tiba dapat menemukan bahwa ion-ion yang menjadi lebih kuat saling tolak, dan fusi termonuklir, yang membuat bintang bersinar dan memancarkan panas, tiba-tiba tidak berfungsi. Semua bintang akan padam.

Tapi bagaimana dengan teori string dengan dimensi ekstranya? Faktanya adalah, menurutnya, dimensi tambahanlah yang menentukan nilai pastinya konstanta dasar. Beberapa bentuk pengukuran menyebabkan satu string bergetar dengan cara tertentu, dan menimbulkan apa yang kita lihat sebagai foton. Dalam bentuk lain, senar bergetar secara berbeda dan menghasilkan elektron. Sesungguhnya Tuhan terletak pada "hal-hal kecil" - bentuk-bentuk kecil inilah yang menentukan semua konstanta fundamental dunia ini.

teori superstring

Pada pertengahan 1980-an, teori string memperoleh kemajuan yang luar biasa dan terlihat ramping, tetapi di dalam monumen ini kebingungan merajalela. Hanya dalam beberapa tahun, sebanyak lima versi teori string telah muncul. Dan meskipun masing-masing dibangun di atas string dan dimensi ekstra (kelima versi digabungkan menjadi teori umum superstrings - NS), versi ini berbeda secara signifikan dalam detail.

Jadi, dalam beberapa versi, senar memiliki ujung terbuka, di versi lain mereka tampak seperti cincin. Dan dalam beberapa versi, teori itu bahkan tidak membutuhkan 10, tetapi sebanyak 26 pengukuran. Paradoksnya adalah bahwa kelima versi saat ini dapat disebut sama-sama benar. Tapi mana yang benar-benar menggambarkan alam semesta kita? Ini adalah misteri lain dari teori string. Itulah sebabnya banyak fisikawan kembali melambaikan tangan pada teori "gila".

Tetapi masalah utama string, seperti yang telah disebutkan, adalah ketidakmungkinan (setidaknya untuk saat ini) untuk membuktikan kehadirannya secara eksperimental.

Beberapa ilmuwan, bagaimanapun, masih mengatakan bahwa pada generasi akselerator berikutnya ada kesempatan yang sangat minim, tetapi masih, untuk menguji hipotesis dimensi ekstra. Meskipun mayoritas, tentu saja, yakin bahwa jika ini mungkin, maka, sayangnya, itu tidak boleh terjadi segera - setidaknya dalam beberapa dekade, maksimum - bahkan dalam seratus tahun.

teori superstring, bahasa populer, mewakili alam semesta sebagai satu set benang bergetar energi - string. Mereka adalah dasar dari alam. Hipotesis juga menjelaskan elemen lain - bran. Semua materi di dunia kita terdiri dari getaran string dan bran. Konsekuensi alami dari teori ini adalah deskripsi gravitasi. Itulah mengapa para ilmuwan percaya bahwa itu memegang kunci untuk menyatukan gravitasi dengan kekuatan lain.

Konsepnya berkembang

Teori medan terpadu, teori superstring, murni matematis. Seperti semua konsep fisik, ini didasarkan pada persamaan yang dapat ditafsirkan dengan cara tertentu.

Saat ini, tidak ada yang tahu persis seperti apa versi terakhir dari teori ini. Para sarjana memiliki gagasan yang agak kabur tentangnya elemen umum, tetapi belum ada yang menemukan persamaan akhir yang akan mencakup semua teori superstring, dan sejauh ini belum mungkin untuk mengkonfirmasinya secara eksperimental (walaupun tidak untuk menyangkalnya juga). Fisikawan telah membuat versi persamaan yang disederhanakan, tetapi sejauh ini tidak cukup menggambarkan alam semesta kita.

Teori Superstring untuk Pemula

Hipotesis didasarkan pada lima ide kunci.

Teori superstring memprediksi bahwa semua benda di dunia kita terdiri dari filamen bergetar dan membran energi.
Ia mencoba menggabungkan teori relativitas umum (gravitasi) dengan fisika kuantum.
Teori superstring akan menyatukan segalanya kekuatan fundamental semesta.
Hipotesis ini memprediksi koneksi baru, supersimetri, antara dua secara fundamental berbagai jenis partikel, boson dan fermion.
Konsep ini menggambarkan sejumlah dimensi alam semesta tambahan yang biasanya tidak dapat diamati.

String dan bran

Ketika teori itu muncul pada 1970-an, utas energi di dalamnya dianggap sebagai objek 1 dimensi - string. Kata "satu dimensi" mengatakan bahwa string hanya memiliki 1 dimensi, panjangnya, tidak seperti, misalnya, persegi, yang memiliki panjang dan tinggi.

Teorinya membagi superstring ini menjadi dua jenis - tertutup dan terbuka. Tali terbuka memiliki ujung yang tidak saling bersentuhan, sedangkan tali tertutup adalah lingkaran tanpa ujung terbuka. Hasilnya, ditemukan bahwa string ini, yang disebut string tipe pertama, tunduk pada 5 tipe interaksi utama.

Interaksi didasarkan pada kemampuan string untuk menghubungkan dan memisahkan ujungnya. Karena ujungnya string terbuka dapat bergabung untuk membentuk string tertutup, Anda tidak dapat membangun teori superstring yang tidak menyertakan string melingkar.

Ini ternyata penting, karena string tertutup memiliki sifat, fisikawan percaya, yang bisa menggambarkan gravitasi. Dengan kata lain, para ilmuwan menyadari bahwa alih-alih menjelaskan partikel materi, teori superstring dapat menggambarkan perilaku dan gravitasi mereka.

Bertahun-tahun kemudian, ditemukan bahwa, selain string, elemen lain diperlukan untuk teori tersebut. Mereka dapat dianggap sebagai lembaran, atau bran. Senar dapat dilampirkan ke salah satu atau kedua sisinya.

gravitasi kuantum

Fisika modern memiliki dua hukum ilmiah utama: relativitas umum (GR) dan kuantum. Mereka benar-benar mewakili daerah yang berbeda Ilmu. Fisika kuantum mempelajari partikel alam terkecil, sedangkan relativitas umum, sebagai aturan, menggambarkan alam pada skala planet, galaksi, dan alam semesta secara keseluruhan. Hipotesis yang mencoba menyatukannya disebut teori. gravitasi kuantum. Yang paling menjanjikan dari mereka saat ini adalah string.

Utas tertutup sesuai dengan perilaku gravitasi. Secara khusus, mereka memiliki sifat graviton, partikel yang membawa gravitasi antar objek.

Bergabung dengan Pasukan

Teori string mencoba menggabungkan empat gaya - elektromagnetik, gaya nuklir kuat dan lemah, dan gravitasi - menjadi satu. Di dunia kita, mereka memanifestasikan diri mereka sebagai empat fenomena yang berbeda, tetapi ahli teori string percaya bahwa di alam semesta awal, ketika mereka sangat level tinggi energi, semua kekuatan ini dijelaskan oleh string berinteraksi satu sama lain.

supersimetri

Semua partikel di alam semesta dapat dibagi menjadi dua jenis: boson dan fermion. Teori string memprediksi bahwa ada hubungan antara keduanya yang disebut supersimetri. Dalam supersimetri, untuk setiap boson harus ada fermion, dan untuk setiap fermion, ada boson. Sayangnya, keberadaan partikel semacam itu belum dikonfirmasi secara eksperimental.

Supersimetri adalah ketergantungan matematika antar elemen persamaan fisika. Itu ditemukan di bidang fisika lain, dan penerapannya menyebabkan penggantian nama teori string supersimetris (atau teori superstring, dalam bahasa populer) pada pertengahan 1970-an.

Salah satu keuntungan supersimetri adalah sangat menyederhanakan persamaan dengan membiarkan beberapa variabel dihilangkan. Tanpa supersimetri, persamaan menyebabkan kontradiksi fisik seperti nilai tak terbatas dan imajiner

Karena para ilmuwan belum mengamati partikel yang diprediksi oleh supersimetri, itu masih merupakan hipotesis. Banyak fisikawan percaya bahwa alasannya adalah kebutuhan akan sejumlah besar energi, yang terkait dengan massa dengan persamaan Einstein yang terkenal E = mc 2 . Partikel-partikel ini bisa saja ada di alam semesta awal, tetapi saat mendingin dan energi berkembang setelah Big Bang, partikel-partikel ini pindah ke tingkat energi yang rendah.

Dengan kata lain, senar yang bergetar sebagai partikel berenergi tinggi kehilangan energinya, yang mengubahnya menjadi elemen dengan getaran yang lebih rendah.

Para ilmuwan berharap pengamatan astronomi atau eksperimen dengan akselerator partikel akan mengkonfirmasi teori tersebut dengan mengungkapkan beberapa elemen supersimetris berenergi lebih tinggi.

Pengukuran tambahan

Konsekuensi matematis lain dari teori string adalah masuk akal di dunia dengan lebih dari tiga dimensi. Saat ini ada dua penjelasan untuk ini:

Dimensi ekstra (enam di antaranya) runtuh, atau, dalam terminologi teori string, dipadatkan menjadi ukuran yang sangat kecil yang tidak akan pernah dirasakan.
Kami terjebak dalam bran 3D, dan dimensi lain melampaui itu dan tidak dapat diakses oleh kami.

Bidang penelitian yang penting di antara para ahli teori adalah pemodelan matematika bagaimana koordinat tambahan ini dapat dikaitkan dengan koordinat kita. Hasil Terbaru memprediksi bahwa para ilmuwan akan segera dapat mendeteksi dimensi tambahan ini (jika ada) dalam eksperimen mendatang, karena mungkin lebih besar dari yang diperkirakan sebelumnya.

Pemahaman Tujuan

Tujuan yang diperjuangkan para ilmuwan ketika menjelajahi superstring adalah "teori segalanya", yaitu, hipotesis fisik tunggal yang tingkat dasar menggambarkan keseluruhan realitas fisik. Jika berhasil, itu bisa menjelaskan banyak pertanyaan tentang struktur alam semesta kita.

Penjelasan materi dan massa

Salah satu tugas utama penelitian modern adalah menemukan solusi untuk partikel nyata.

Teori string dimulai sebagai konsep yang menjelaskan partikel seperti hadron dalam berbagai keadaan vibrasi string yang lebih tinggi. Paling formulasi modern, materi yang diamati di alam semesta kita adalah hasil dari vibrasi dawai dan bran berenergi terendah. Getaran dengan lebih banyak menghasilkan partikel berenergi tinggi yang saat ini tidak ada di dunia kita.

Massa ini adalah manifestasi dari bagaimana string dan bran dibungkus dalam dimensi ekstra yang dipadatkan. Misalnya, dalam kasus sederhana di mana mereka dilipat menjadi bentuk donat, yang disebut torus oleh matematikawan dan fisikawan, sebuah string dapat membungkus bentuk ini dengan dua cara:

lingkaran pendek melalui tengah torus;
lingkaran panjang di sekitar seluruh lingkar luar torus.

Lingkaran pendek akan menjadi partikel ringan, dan lingkaran besar akan menjadi partikel berat. Ketika string melilit dimensi kompaksi toroidal, elemen baru dengan massa yang berbeda terbentuk.

Teori superstring secara singkat dan jelas, sederhana dan elegan menjelaskan transisi panjang menjadi massa. Dimensi terlipat di sini jauh lebih rumit daripada torus, tetapi pada prinsipnya mereka bekerja dengan cara yang sama.

Bahkan mungkin, meskipun sulit untuk dibayangkan, bahwa tali melingkari torus dalam dua arah pada saat yang sama, menghasilkan partikel yang berbeda dengan massa yang berbeda. Branes juga dapat membungkus dimensi ekstra, menciptakan lebih banyak kemungkinan.

Pengertian ruang dan waktu

Dalam banyak versi teori superstring, dimensi runtuh, membuatnya tidak dapat diamati pada tingkat modern pengembangan teknologi.

Saat ini, tidak jelas apakah teori string dapat menjelaskan sifat dasar lebih banyak ruang dan waktu daripada Einstein. Di dalamnya, pengukuran adalah latar belakang interaksi string dan tidak memiliki makna nyata yang independen.

Penjelasan telah ditawarkan, tidak sepenuhnya dikembangkan, mengenai representasi ruang-waktu sebagai turunan jumlah total semua interaksi string.

Pendekatan ini tidak memenuhi ide-ide dari beberapa fisikawan, yang menyebabkan kritik terhadap hipotesis. Teori kompetitif sebagai titik pangkal menggunakan kuantisasi ruang dan waktu. Beberapa percaya bahwa pada akhirnya itu hanya akan menjadi pendekatan yang berbeda untuk hipotesis dasar yang sama.

Kuantisasi gravitasi

Pencapaian utama hipotesis ini, jika dikonfirmasi, adalah teori gravitasi kuantum. Deskripsi saat ini dalam relativitas umum tidak konsisten dengan fisika kuantum. Yang terakhir, dengan memberlakukan pembatasan pada perilaku partikel kecil, mengarah pada kontradiksi ketika mencoba menjelajahi Semesta dalam skala yang sangat kecil.

Penyatuan kekuatan

Saat ini, fisikawan mengetahui empat gaya fundamental: gravitasi, elektromagnetik, interaksi nuklir lemah dan kuat. Ini mengikuti dari teori string bahwa semuanya pernah menjadi manifestasi dari satu.

Menurut hipotesis ini, karena alam semesta awal mendingin setelah big bang, interaksi tunggal ini mulai terpecah menjadi interaksi yang berbeda yang beroperasi hari ini.

Eksperimen energi tinggi suatu hari nanti akan memungkinkan kita untuk menemukan penyatuan kekuatan-kekuatan ini, meskipun eksperimen semacam itu jauh melampaui perkembangan teknologi saat ini.

Lima pilihan

Sejak revolusi superstring tahun 1984, pembangunan telah berkembang dengan pesat. Akibatnya, alih-alih satu konsep, kami mendapat lima, bernama tipe I, IIA, IIB, HO, HE, yang masing-masing hampir sepenuhnya menggambarkan dunia kita, tetapi tidak sepenuhnya.

Fisikawan, memilah-milah versi teori string dengan harapan menemukan formula universal yang benar, menciptakan 5 versi mandiri yang berbeda. Beberapa sifat mereka mencerminkan realitas fisik dunia, yang lain tidak sesuai dengan kenyataan.

M-teori

Pada sebuah konferensi pada tahun 1995, fisikawan Edward Witten mengusulkan solusi berani untuk masalah lima hipotesis. Berdasarkan dualitas yang baru ditemukan, mereka semua menjadi kasus khusus dari konsep tunggal yang menyeluruh, yang disebut teori-M Witten tentang superstring. Salah satu konsep kuncinya adalah bran (singkatan dari membran), objek fundamental dengan lebih dari 1 dimensi. Meskipun penulis tidak menyarankan versi lengkap, yang sejauh ini belum ada, teori-M superstring secara singkat terdiri dari fitur-fitur berikut:

11 dimensi (10 spasial ditambah 1 dimensi waktu);
dualitas yang mengarah pada lima teori yang menjelaskan realitas fisik yang sama;
bran adalah string dengan lebih dari 1 dimensi.

Konsekuensi

Akibatnya, alih-alih satu, ada 10.500 solusi. Untuk beberapa fisikawan, ini menyebabkan krisis, sementara yang lain menerima prinsip antropik, yang menjelaskan sifat-sifat alam semesta dengan kehadiran kita di dalamnya. Masih harus dilihat kapan para ahli teori akan menemukan cara lain untuk mengorientasikan diri mereka dalam teori superstring.

Beberapa interpretasi menunjukkan bahwa dunia kita bukan satu-satunya. Versi paling radikal memungkinkan keberadaan bilangan tak terhingga alam semesta, beberapa di antaranya mengandung salinan yang tepat milik kita.

Teori Einstein memprediksi keberadaan ruang melingkar, yang disebut lubang cacing atau jembatan Einstein-Rosen. Dalam hal ini, dua situs yang jauh dihubungkan oleh jalur pendek. Teori superstring memungkinkan tidak hanya ini, tetapi juga koneksi titik-titik yang jauh dunia paralel. Bahkan dimungkinkan untuk transisi antara alam semesta dengan hukum fisika yang berbeda. Namun, kemungkinan besar teori gravitasi kuantum akan membuat keberadaan mereka menjadi tidak mungkin.

Banyak fisikawan percaya bahwa prinsip holografik, ketika semua informasi yang terkandung dalam volume ruang sesuai dengan informasi yang direkam di permukaannya, akan memungkinkan pemahaman yang lebih dalam tentang konsep benang energi.

Beberapa percaya bahwa teori superstring memungkinkan untuk beberapa dimensi waktu, yang dapat mengakibatkan perjalanan melalui mereka.

Selain itu, ada alternatif model big bang dalam hipotesis, yang menurutnya alam semesta kita muncul sebagai hasil tumbukan dua bran dan melalui siklus berulang penciptaan dan penghancuran.

Nasib akhir alam semesta selalu menyibukkan fisikawan, dan versi terakhir teori string akan membantu menentukan kerapatan materi dan konstanta kosmologis. Mengetahui nilai-nilai ini, kosmolog akan dapat menentukan apakah alam semesta akan menyusut hingga meledak, sehingga semuanya dimulai lagi.

Tidak ada yang tahu apa yang dapat menyebabkan sampai dikembangkan dan diuji. Einstein, menuliskan persamaan E=mc 2 , tidak berasumsi bahwa itu akan mengarah pada penampilan senjata nuklir. Pencipta fisika kuantum tidak tahu bahwa itu akan menjadi dasar untuk pembuatan laser dan transistor. Dan meskipun belum diketahui seperti apa murni konsep teoritis, sejarah menunjukkan bahwa sesuatu yang luar biasa pasti akan berubah.

Anda dapat membaca lebih lanjut tentang hipotesis ini dalam Teori Superstring untuk Dummies Andrew Zimmerman.

Pernahkah Anda berpikir bahwa alam semesta itu seperti cello? Itu benar - tidak datang. Karena alam semesta tidak seperti cello. Tapi bukan berarti dia tidak punya tali.

Tentu saja, untaian alam semesta hampir tidak mirip dengan yang kita bayangkan. Dalam teori string, mereka adalah filamen energi bergetar yang sangat kecil. Benang-benang ini agak seperti "pita elastis" kecil yang dapat menggeliat, meregang, dan menyusut dalam segala hal.
. Semua ini, bagaimanapun, tidak berarti bahwa tidak mungkin untuk "Memainkan" simfoni alam semesta pada mereka, karena, menurut ahli teori string, segala sesuatu yang ada terdiri dari "utas" ini.

Kontradiksi fisika.
Pada paruh kedua abad ke-19, bagi fisikawan tampaknya tidak ada lagi hal serius yang dapat ditemukan dalam sains mereka. Fisika klasik percaya bahwa tidak ada masalah serius yang tersisa di dalamnya, dan seluruh struktur dunia tampak seperti mesin yang disetel dengan sempurna dan dapat diprediksi. Masalahnya, seperti biasa, terjadi karena omong kosong - salah satu "Awan" kecil yang masih tersisa di langit sains yang jernih dan dapat dipahami. Yaitu, ketika menghitung energi radiasi benda hitam (benda hipotetis yang pada suhu berapa pun sepenuhnya menyerap insiden radiasi di atasnya, terlepas dari panjang gelombang - NS. Perhitungan menunjukkan bahwa energi radiasi total benda hitam mana pun harus sangat besar. Untuk melarikan diri Dari absurditas yang begitu jelas, ilmuwan Jerman Max Planck pada tahun 1900 menyarankan bahwa cahaya tampak, sinar-X, dan gelombang elektromagnetik lainnya hanya dapat dipancarkan oleh bagian-bagian energi yang terpisah, yang ia sebut kuanta. Dengan bantuan mereka, dimungkinkan untuk memecahkan masalah khusus dari benda yang benar-benar hitam Hipotesis kuantum untuk determinisme belum direalisasikan sampai tahun 1926, ketika ilmuwan Jerman lainnya, Werner Heisenberg, merumuskan prinsip ketidakpastian yang terkenal.

Esensinya bermuara pada fakta bahwa, bertentangan dengan semua pernyataan yang berlaku sebelumnya, alam membatasi kemampuan kita untuk memprediksi masa depan berdasarkan hukum fisika. Ini, tentu saja, tentang masa depan dan masa kini partikel subatom. Ternyata mereka berperilaku sangat berbeda dari hal-hal lain di makrokosmos di sekitar kita. Pada tingkat subatomik, struktur ruang menjadi tidak rata dan kacau. Dunia partikel kecil begitu bergejolak dan tidak dapat dipahami sehingga bertentangan dengan akal sehat. Ruang dan waktu begitu melilit dan terjalin di dalamnya sehingga tidak ada konsep biasa kiri dan kanan, atas dan bawah, dan bahkan sebelum dan sesudah. Tidak ada cara untuk mengatakan dengan pasti di titik tertentu di ruang mana partikel ini atau itu berada pada saat tertentu, dan di mana momen momentumnya. Hanya ada kemungkinan tertentu untuk menemukan partikel dalam himpunan daerah ruang - waktu. Partikel-partikel pada tingkat subatomik tampaknya "terolesi" di atas ruang angkasa. Tidak hanya itu, "Status" partikel itu sendiri tidak ditentukan: dalam beberapa kasus mereka berperilaku seperti gelombang, di lain mereka menunjukkan sifat-sifat partikel. Inilah yang oleh fisikawan disebut dualitas gelombang-partikel mekanika kuantum.

Dalam teori relativitas umum, seolah-olah dalam keadaan dengan hukum yang berlawanan, hal-hal pada dasarnya berbeda. Ruang tampak seperti trampolin - kain halus yang dapat ditekuk dan diregangkan oleh benda-benda yang memiliki massa. Mereka menciptakan deformasi ruang - waktu - apa yang kita alami sebagai gravitasi. Tak perlu dikatakan, teori relativitas umum yang koheren, benar dan dapat diprediksi berada dalam konflik yang tak terpecahkan dengan "Hooligan Eksentrik" - mekanika kuantum, dan, sebagai akibatnya, makrokosmos tidak dapat "berdamai" dengan mikrokosmos. Di sinilah teori string masuk.

Teori segalanya.
Teori string mewujudkan impian semua fisikawan untuk menyatukan dua mekanika oto dan kuantum yang secara fundamental bertentangan, sebuah mimpi yang menghantui "Gipsi dan Gelandangan" terbesar Albert Einstein hingga akhir hayatnya.

Banyak ilmuwan percaya bahwa segala sesuatu mulai dari tarian galaksi yang indah hingga tarian partikel subatomik yang hiruk pikuk pada akhirnya dapat dijelaskan hanya dengan satu prinsip fisika dasar. Bahkan mungkin hukum tunggal yang menggabungkan semua jenis energi, partikel dan interaksi dalam beberapa formula yang elegan.

Otho menggambarkan salah satu kekuatan paling terkenal di alam semesta - gravitasi. Mekanika kuantum menjelaskan tiga gaya lain: gaya nuklir kuat, yang menyatukan proton dan neutron dalam atom, elektromagnetisme, dan gaya lemah, yang terlibat dalam peluruhan radioaktif. Setiap peristiwa di alam semesta, dari ionisasi atom hingga kelahiran bintang, dijelaskan oleh interaksi materi melalui empat gaya ini. Menggunakan matematika yang paling kompleks, adalah mungkin untuk menunjukkan bahwa interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah memiliki sifat yang sama, menggabungkannya menjadi satu elektrolemah tunggal. Selanjutnya, interaksi nuklir yang kuat ditambahkan ke mereka - tetapi gravitasi tidak bergabung dengan mereka dengan cara apa pun. Teori string adalah salah satu kandidat paling serius untuk menghubungkan keempat gaya, dan, oleh karena itu, mencakup semua fenomena di alam semesta - bukan tanpa alasan ia juga disebut "Teori Segalanya".

Awalnya ada mitos.
Sampai saat ini, tidak semua fisikawan antusias dengan teori string. Dan pada awal kemunculannya, itu memang tampak jauh dari kenyataan. Kelahirannya adalah sebuah legenda.

Pada akhir 1960-an, fisikawan teoritis muda Italia Gabriele Veneziano sedang mencari persamaan yang dapat menjelaskan gaya nuklir kuat - "Lem" yang sangat kuat yang menyatukan inti atom dengan mengikat proton dan neutron bersama-sama. Menurut legenda, ia pernah menemukan sebuah buku berdebu tentang sejarah matematika, di mana ia menemukan persamaan berusia 200 tahun yang pertama kali ditulis oleh ahli matematika Swiss Leonhard Euler. Apa yang mengejutkan dari Venesia ketika ia menemukan bahwa persamaan Euler, yang untuk waktu yang lama dianggap tidak lebih dari keingintahuan matematis, menggambarkan interaksi yang kuat ini.

Bagaimana itu benar-benar? Persamaan tersebut mungkin merupakan hasil kerja bertahun-tahun oleh Venesia, dan kasus ini hanya membantu untuk mengambil langkah pertama menuju penemuan teori string. Persamaan Euler, yang secara ajaib menjelaskan gaya kuat, telah menemukan kehidupan baru.

Pada akhirnya, ia menarik perhatian seorang fisikawan teoretis muda Amerika, Leonard Susskind, yang melihat bahwa, pertama-tama, rumus tersebut menggambarkan partikel yang tidak memiliki struktur internal dan dapat bergetar. Partikel-partikel ini berperilaku sedemikian rupa sehingga mereka tidak bisa hanya menjadi partikel titik. Susskind mengerti - rumusnya menggambarkan benang yang seperti karet gelang. Dia tidak hanya bisa meregangkan dan menyusut, tetapi juga terombang-ambing, menggeliat. Setelah menjelaskan penemuannya, Susskind memperkenalkan ide revolusioner string.

Sayangnya, sebagian besar rekan-rekannya menerima teori dengan agak dingin.

model standar.
Pada saat itu, sains arus utama merepresentasikan partikel sebagai titik, bukan string. Selama bertahun-tahun, fisikawan telah menyelidiki perilaku partikel subatom, bertabrakan dengan kecepatan tinggi, dan mempelajari konsekuensi dari tumbukan ini. Ternyata alam semesta jauh lebih kaya daripada yang bisa dibayangkan. Itu nyata" Ledakan populasi partikel dasar Mahasiswa pascasarjana universitas fisika berlari melalui koridor berteriak bahwa mereka telah menemukan partikel baru - bahkan tidak ada cukup huruf untuk menunjuk mereka.

Tetapi, sayangnya, di "Rumah Sakit Bersalin" partikel baru, para ilmuwan tidak dapat menemukan jawaban atas pertanyaan - mengapa ada begitu banyak dan dari mana asalnya?

Hal ini mendorong fisikawan untuk membuat prediksi yang tidak biasa dan mengejutkan - mereka menyadari bahwa gaya yang bekerja di alam juga dapat dijelaskan dengan menggunakan partikel. Artinya, ada partikel materi, dan ada partikel - pembawa interaksi. Seperti, misalnya, adalah foton - partikel cahaya. Semakin banyak partikel ini - pembawa - foton yang sama yang bertukar partikel materi, semakin terang cahayanya. Para ilmuwan telah meramalkan bahwa pertukaran partikel tertentu - pembawa - tidak lain adalah apa yang kita anggap sebagai kekuatan. Ini dikonfirmasi oleh eksperimen. Jadi fisikawan berhasil mendekati impian Einstein untuk bergabung.

Para ilmuwan percaya bahwa jika kita maju cepat ke tepat setelah big bang, ketika alam semesta triliunan derajat lebih panas, partikel yang membawa elektromagnetisme dan gaya lemah akan menjadi tidak dapat dibedakan dan bergabung menjadi satu gaya tunggal yang disebut elektrolemah. Dan jika kita mundur lebih jauh ke masa lalu, interaksi elektro-lemah akan bergabung dengan interaksi kuat menjadi satu "Superforce" total.

Terlepas dari kenyataan bahwa semua ini masih menunggu untuk dibuktikan, mekanika kuantum tiba-tiba menjelaskan bagaimana tiga dari empat gaya berinteraksi di tingkat subatomik. Dan dia menjelaskannya dengan indah dan konsisten. Pola interaksi yang harmonis ini akhirnya disebut model standar. Tapi, sayangnya, ada satu masalah besar dalam teori sempurna ini - itu tidak termasuk gaya paling terkenal dari tingkat makro - gravitasi.

Graviton.
Untuk teori string, yang tidak punya waktu untuk "mekar", "musim gugur" datang, mengandung terlalu banyak masalah sejak kelahirannya. Misalnya, kalkulasi teori meramalkan keberadaan partikel, yang, seperti yang segera ditetapkan dengan tepat, tidak ada. Inilah yang disebut tachyon - partikel yang bergerak lebih cepat dari cahaya dalam ruang hampa. Antara lain, ternyata teori membutuhkan sebanyak 10 dimensi. Tidak mengherankan bahwa ini sangat memalukan bagi fisikawan, karena ini jelas lebih dari apa yang kita lihat.

Pada tahun 1973, hanya beberapa fisikawan muda yang masih berjuang dengan misteri teori string. Salah satunya adalah fisikawan teoretis Amerika John Schwartz. Selama empat tahun, Schwartz mencoba menjinakkan persamaan nakal, tetapi tidak berhasil. Di antara masalah lain, salah satu persamaan ini dengan keras kepala menggambarkan partikel misterius yang tidak memiliki massa dan tidak diamati di alam.

Ilmuwan itu telah memutuskan untuk meninggalkan bisnisnya yang membawa malapetaka, dan kemudian dia sadar - mungkin persamaan teori string menggambarkan, antara lain, gravitasi? Namun, ini menyiratkan revisi dimensi "Pahlawan" utama teori - string. Dengan mengasumsikan bahwa string bermiliar-miliar kali lebih kecil dari sebuah atom, "Stringer" mengubah kekurangan teori menjadi kebaikannya. Partikel misterius yang John Schwartz coba singkirkan dengan gigih sekarang bertindak sebagai graviton - partikel yang telah lama dicari dan memungkinkan gravitasi dipindahkan ke tingkat kuantum. Ini adalah bagaimana teori string telah menambahkan gravitasi ke teka-teki, yang hilang dari Model Standar. Tapi, sayangnya, bahkan komunitas ilmiah tidak bereaksi terhadap penemuan ini. Teori string tetap berada di ambang kelangsungan hidup. Tapi ini tidak menghentikan Schwartz. Hanya satu ilmuwan yang bersedia mempertaruhkan karirnya demi string misterius yang ingin bergabung dengan pencariannya - Michael Green.

Boneka bersarang subatomik.
Terlepas dari segalanya, pada awal 1980-an, teori string masih memiliki kontradiksi yang tak terpecahkan, yang disebut anomali dalam sains. Schwartz dan Green mulai melenyapkan mereka. Dan upaya mereka tidak sia-sia: para ilmuwan berhasil menghilangkan beberapa kontradiksi dari teori tersebut. Bayangkan keheranan keduanya, yang sudah terbiasa dengan kenyataan bahwa teori mereka diabaikan, ketika reaksi komunitas ilmiah meledakkan dunia ilmiah. Dalam waktu kurang dari setahun, jumlah ahli teori string melonjak menjadi ratusan. Saat itulah teori string dianugerahi gelar the theory of everything. Teori baru tampaknya mampu menjelaskan semua komponen alam semesta. Dan berikut adalah bahan-bahannya.

Setiap atom, seperti yang Anda tahu, terdiri dari partikel yang lebih kecil - elektron, yang mengelilingi inti, yang terdiri dari proton dan neutron. Proton dan neutron, pada gilirannya, terdiri dari partikel yang lebih kecil yang disebut quark. Tapi teori string mengatakan itu tidak berakhir dengan quark. Quark terdiri dari filamen energi meliuk-liuk kecil yang menyerupai string. Masing-masing string ini sangat kecil. Sangat kecil sehingga jika atom diperbesar ukurannya tata surya, string akan menjadi ukuran pohon. Sama seperti getaran yang berbeda dari senar cello menciptakan apa yang kita dengar, seperti nada musik yang berbeda, cara (mode) yang berbeda dari menggetarkan senar memberikan partikel sifat unik mereka - massa, muatan, dan seterusnya. Tahukah Anda bagaimana, secara relatif, proton di ujung kuku Anda berbeda dari graviton yang belum ditemukan? Hanya kumpulan senar kecil yang membentuknya dan bagaimana senar itu bergetar.

Tentu saja, semua ini lebih dari luar biasa. Sejak saat itu Yunani kuno fisikawan terbiasa dengan kenyataan bahwa segala sesuatu di dunia ini terdiri dari sesuatu seperti bola, partikel kecil. Dan sekarang, karena tidak punya waktu untuk membiasakan diri dengan perilaku tidak logis dari bola-bola ini, yang mengikuti dari mekanika kuantum, mereka diundang untuk meninggalkan paradigma sama sekali dan beroperasi dengan beberapa potongan spageti.

Bagaimana dunia bekerja.
Sains saat ini mengetahui sekumpulan angka yang merupakan konstanta dasar alam semesta. Merekalah yang menentukan sifat dan karakteristik segala sesuatu di sekitar kita. Di antara konstanta tersebut, misalnya, muatan elektron, konstanta gravitasi, kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Dan jika kita mengubah angka-angka ini bahkan sedikit saja, konsekuensinya akan menjadi bencana besar. Misalkan kita telah meningkatkan kekuatan interaksi elektromagnetik. Apa yang terjadi? Kita mungkin tiba-tiba menemukan bahwa ion-ion menjadi lebih tolak-menolak satu sama lain, dan fusi termonuklir, yang membuat bintang bersinar dan memancarkan panas, tiba-tiba gagal. Semua bintang akan padam.

Tapi bagaimana dengan teori string dengan dimensi ekstranya? Faktanya adalah, menurutnya, dimensi ekstralah yang menentukan nilai pasti dari konstanta fundamental. Beberapa bentuk pengukuran menyebabkan satu string bergetar dengan cara tertentu, dan menimbulkan apa yang kita lihat sebagai foton. Dalam bentuk lain, senar bergetar secara berbeda dan menghasilkan elektron. Sesungguhnya Tuhan terletak pada "hal-hal kecil" - bentuk-bentuk kecil inilah yang menentukan semua konstanta fundamental dunia ini.

Teori superstring.
Pada pertengahan 1980-an, teori string menjadi megah dan ramping, tetapi di dalam monumen itu, kebingungan merajalela. Hanya dalam beberapa tahun, sebanyak lima versi teori string telah muncul. Dan meskipun masing-masing dibangun di atas string dan dimensi ekstra (kelima versi disatukan dalam teori umum superstring - NS), secara rinci versi ini berbeda secara signifikan.

Tetapi masalah utama string, seperti yang telah disebutkan, adalah ketidakmungkinan (setidaknya untuk saat ini) untuk membuktikan kehadirannya secara eksperimental.

Pada akhirnya, semua partikel elementer dapat direpresentasikan sebagai string multidimensi mikroskopis di mana getaran berbagai harmonik tereksitasi.

Perhatian, kencangkan sabuk pengaman Anda lebih erat - dan saya akan mencoba menjelaskan kepada Anda salah satu teori paling aneh dari kalangan ilmiah yang dibahas secara serius hari ini, yang akhirnya dapat memberikan petunjuk terakhir tentang struktur Alam Semesta. Teori ini terlihat sangat liar sehingga, sangat mungkin, benar!

Berbagai versi teori string saat ini dianggap sebagai pesaing utama untuk judul teori universal komprehensif yang menjelaskan sifat segala sesuatu yang ada. Dan ini adalah semacam Cawan Suci dari fisikawan teoretis yang terlibat dalam teori partikel elementer dan kosmologi. Teori Universal (alias. teori segalanya) hanya berisi beberapa persamaan yang menggabungkan totalitas pengetahuan manusia tentang sifat interaksi dan sifat-sifat elemen dasar materi dari mana Semesta dibangun. Hari ini, teori string telah digabungkan dengan konsep supersimetri, mengakibatkan kelahiran teori superstring, dan hari ini adalah maksimum yang telah dicapai dalam hal teori penyatuan keempat interaksi utama (gaya yang bekerja di alam). Teori supersimetri itu sendiri sudah dibangun atas dasar apriori konsep modern, yang menurutnya setiap interaksi jarak jauh (bidang) disebabkan oleh pertukaran partikel-pembawa interaksi jenis yang sesuai antara partikel yang berinteraksi ( cm. model standar). Untuk kejelasan, partikel yang berinteraksi dapat dianggap sebagai "batu bata" alam semesta, dan pembawa partikel - semen.

Dalam kerangka model standar, quark bertindak sebagai blok bangunan, dan pembawa interaksi adalah mengukur boson, dimana quark-quark ini saling bertukar. Teori supersimetri melangkah lebih jauh dan menyatakan bahwa quark dan lepton itu sendiri tidak fundamental: mereka semua terdiri dari struktur materi (batu bata) yang lebih berat dan belum ditemukan secara eksperimental, yang disatukan oleh "semen" partikel super-energi yang lebih kuat- pembawa interaksi dari quark. di hadron dan boson. Secara alami, dalam kondisi laboratorium, tidak ada prediksi teori supersimetri yang telah diverifikasi, namun, komponen tersembunyi hipotetis dari dunia material sudah memiliki nama - misalnya, seelektron(pasangan elektron supersimetris), squark dll. Keberadaan partikel-partikel ini, bagaimanapun, diprediksi dengan jelas oleh teori-teori semacam ini.

Namun, gambaran alam semesta yang ditawarkan oleh teori-teori ini cukup mudah untuk divisualisasikan. Pada skala orde 10 -35 m, yaitu, 20 orde besarnya lebih kecil dari diameter proton yang sama, yang mencakup tiga quark terikat, struktur materi berbeda dari apa yang biasa kita kenal bahkan pada tingkat dasar. partikel. Pada jarak yang begitu kecil (dan pada energi interaksi yang begitu tinggi sehingga tidak terpikirkan) materi berubah menjadi serangkaian gelombang berdiri medan, mirip dengan yang tereksitasi dalam string alat-alat musik. Seperti senar gitar, dalam senar seperti itu, selain nada dasar, banyak nada tambahan atau harmonik. Setiap harmonik memiliki keadaan energinya sendiri. Berdasarkan prinsip relativitas (cm. Teori relativitas), energi dan massa adalah setara, yang berarti bahwa semakin tinggi frekuensi getaran gelombang harmonik string, semakin tinggi energinya, dan semakin tinggi massa partikel yang diamati.

Namun, jika gelombang berdiri dalam senar gitar divisualisasikan cukup sederhana, gelombang berdiri, yang ditawarkan oleh teori superstring, sulit untuk divisualisasikan - faktanya adalah bahwa getaran superstring terjadi di ruang yang memiliki 11 dimensi. Kita terbiasa dengan ruang empat dimensi, yang berisi tiga dimensi spasial dan satu dimensi temporal (kiri-kanan, atas-bawah, maju-mundur, masa lalu-masa depan). Dalam ruang superstring, hal-hal jauh lebih rumit (lihat inset). Fisikawan teoretis mengatasi masalah licin dimensi spasial "ekstra" dengan menyatakan bahwa mereka "tersembunyi" (atau, bahasa ilmiah dinyatakan, "memadat") dan karena itu tidak diamati pada energi biasa.

Baru-baru ini, teori string telah dikembangkan lebih lanjut dalam bentuk teori membran multidimensi- sebenarnya, ini adalah string yang sama, tetapi datar. Sebagai salah satu penulisnya dengan santai bercanda, membran berbeda dari senar dengan cara yang sama seperti mie berbeda dari bihun.

Mungkin hanya itu yang dapat diceritakan secara singkat tentang salah satu teori, bukan tanpa alasan yang mengklaim saat ini sebagai teori universal Penyatuan Besar semua interaksi kekuatan. Sayangnya, teori ini bukannya tanpa dosa. Pertama-tama, itu belum dibawa ke ketat bentuk matematika karena ketidakcukupan peralatan matematika untuk membawanya ke dalam korespondensi internal yang ketat. Sudah 20 tahun sejak teori ini lahir, dan belum ada yang mampu secara konsisten menyelaraskan beberapa aspek dan versinya dengan yang lain. Yang lebih tidak menyenangkan adalah kenyataan bahwa tidak satu pun ahli teori yang mengusulkan teori string (dan, terutama, superstring) belum mengajukan satu eksperimen pun di mana teori-teori ini dapat diuji di laboratorium. Sayangnya, saya khawatir sampai mereka melakukan ini, semua pekerjaan mereka akan tetap menjadi permainan fantasi yang aneh dan latihan untuk memahami pengetahuan esoteris di luar arus utama ilmu pengetahuan alam.

Lihat juga:

1972	kromodinamika kuantum

Ada berapa dimensi?

Kita, orang biasa, tiga dimensi selalu cukup. Sejak dulu kita sudah terbiasa mendeskripsikan dunia fisik dalam kerangka yang begitu sederhana (harimau bertaring tajam 40 meter di depan, 11 meter ke kanan dan 4 meter di atas saya - batu bulat untuk pertempuran!). Teori relativitas telah mengajarkan sebagian besar dari kita bahwa waktu adalah esensi dari dimensi keempat (harimau bertaring tajam tidak hanya di sini - ia mengancam kita di sini dan sekarang!). Jadi, mulai dari pertengahan abad ke-20, para ahli teori mulai berbicara tentang fakta bahwa sebenarnya ada lebih banyak dimensi - baik 10, atau 11, atau bahkan 26. Tentu saja, tanpa menjelaskan mengapa kita, orang normal, kami tidak mengamati mereka, itu tidak bisa dilakukan di sini. Dan kemudian konsep "pemadatan" muncul - adhesi atau keruntuhan dimensi.

Bayangkan selang penyiraman taman. Dari dekat, itu dianggap sebagai objek tiga dimensi yang normal. Namun, perlu untuk menjauh dari selang pada jarak yang cukup - dan itu akan tampak bagi kita sebagai objek linier satu dimensi: kita hanya berhenti merasakan ketebalannya. Efek inilah yang biasa disebut sebagai pemadatan suatu dimensi: kasus ini Ketebalan selang ternyata "dipadatkan" - skala skala pengukuran terlalu kecil.

Inilah tepatnya bagaimana, menurut para ahli teori, dimensi tambahan yang benar-benar ada menghilang dari bidang persepsi eksperimental kita, yang diperlukan untuk penjelasan yang memadai tentang sifat-sifat materi pada tingkat subatomik: mereka menjadi kompak, mulai dari skala sekitar 10 -35 m, metode modern observasi dan alat pengukur tidak dapat mendeteksi struktur dalam skala sekecil itu. Mungkin inilah tepatnya, atau mungkin semuanya benar-benar berbeda. Meskipun tidak ada perangkat dan metode pengamatan seperti itu, semua argumen dan kontra-argumen di atas akan tetap pada tingkat spekulasi kosong.

Saat ini, teori string telah digabungkan dengan konsep supersimetri, sehingga melahirkan teori superstring, dan hari ini adalah maksimum yang telah dicapai dalam hal teori penyatuan keempat interaksi utama (gaya yang bekerja di alam). Teori supersimetri itu sendiri telah dibangun atas dasar konsep modern apriori, yang menurutnya setiap interaksi jarak jauh (bidang) disebabkan oleh pertukaran pembawa partikel dari interaksi jenis yang sesuai antara partikel yang berinteraksi (lihat Model Standar). Untuk kejelasan, partikel yang berinteraksi dapat dianggap sebagai "batu bata" alam semesta, dan partikel pembawa - semen.

Teori string - arah fisika matematika, yang mempelajari dinamika bukan partikel titik, seperti kebanyakan cabang fisika, tetapi objek yang diperluas satu dimensi, mis. string.
Dalam kerangka Model Standar, quark bertindak sebagai blok bangunan, dan boson pengukur, yang dipertukarkan oleh quark ini satu sama lain, bertindak sebagai pembawa interaksi. Teori supersimetri melangkah lebih jauh dan menyatakan bahwa quark dan lepton itu sendiri tidak fundamental: mereka semua terdiri dari struktur materi (batu bata) yang lebih berat dan belum ditemukan secara eksperimental, yang disatukan oleh "semen" partikel super-energi yang lebih kuat- pembawa interaksi dari quark. di hadron dan boson.

Secara alami, di bawah kondisi laboratorium, tidak ada prediksi teori supersimetri yang telah diverifikasi, namun, komponen tersembunyi hipotetis dari dunia material sudah memiliki nama - misalnya, elektron (pasangan elektron supersimetris), squark , dll. Keberadaan partikel-partikel ini, bagaimanapun, teori-teori semacam itu diprediksi dengan jelas.

Namun, gambaran alam semesta yang ditawarkan oleh teori-teori ini cukup mudah untuk divisualisasikan. Pada skala urutan 10E–35 m, yaitu, 20 kali lipat lebih kecil dari diameter proton yang sama, yang mencakup tiga quark terikat, struktur materi berbeda dari yang biasa kita kenal bahkan pada tingkat dasar. partikel. Pada jarak yang begitu kecil (dan pada energi interaksi yang begitu tinggi sehingga tidak terpikirkan), materi berubah menjadi serangkaian gelombang berdiri di lapangan, mirip dengan yang tereksitasi dalam dawai alat musik. Seperti senar gitar, selain nada dasar, banyak nada tambahan atau harmonik yang dapat dibangkitkan dalam senar tersebut. Setiap harmonik memiliki keadaan energinya sendiri. Menurut prinsip relativitas (lihat Teori Relativitas), energi dan massa adalah setara, yang berarti bahwa semakin tinggi frekuensi getaran gelombang harmonik suatu string, semakin tinggi energinya, dan semakin tinggi massa partikel yang diamati.

Namun, jika gelombang berdiri dalam senar gitar divisualisasikan dengan cukup sederhana, gelombang berdiri yang diajukan oleh teori superstring sulit untuk divisualisasikan - kenyataannya adalah bahwa superstring bergetar dalam ruang yang memiliki 11 dimensi. Kita terbiasa dengan ruang empat dimensi, yang berisi tiga dimensi spasial dan satu dimensi temporal (kiri-kanan, atas-bawah, maju-mundur, masa lalu-masa depan). Dalam ruang superstring, hal-hal jauh lebih rumit (lihat inset). Fisikawan teoretis mengatasi masalah licin dari dimensi spasial "ekstra" dengan menyatakan bahwa mereka "tersembunyi" (atau, dalam istilah ilmiah, "dipadatkan") dan oleh karena itu tidak diamati pada energi biasa.

Baru-baru ini, teori string telah dikembangkan lebih lanjut dalam bentuk teori membran multidimensi - sebenarnya, ini adalah string yang sama, tetapi datar. Sebagai salah satu penulisnya dengan santai bercanda, membran berbeda dari senar dengan cara yang sama seperti mie berbeda dari bihun.

Mungkin hanya itu yang dapat diceritakan secara singkat tentang salah satu teori, bukan tanpa alasan yang mengklaim saat ini sebagai teori universal Penyatuan Besar semua interaksi kekuatan. Sayangnya, teori ini bukannya tanpa dosa. Pertama-tama, itu belum dibawa ke bentuk matematika yang ketat karena ketidakcukupan peralatan matematika untuk membawanya ke dalam korespondensi internal yang ketat. Sudah 20 tahun sejak teori ini lahir, dan belum ada yang mampu secara konsisten menyelaraskan beberapa aspek dan versinya dengan yang lain. Yang lebih tidak menyenangkan adalah kenyataan bahwa tidak satu pun ahli teori yang mengusulkan teori string (dan, terutama, superstring) belum mengajukan satu eksperimen pun di mana teori-teori ini dapat diuji di laboratorium. Sayangnya, saya khawatir sampai mereka melakukan ini, semua pekerjaan mereka akan tetap menjadi permainan fantasi yang aneh dan latihan untuk memahami pengetahuan esoteris di luar arus utama ilmu pengetahuan alam.

Mempelajari sifat-sifat lubang hitam

Pada tahun 1996, ahli teori string Andrew Strominger dan Cumrun Wafa, lebih mengandalkan hasil awal Susskind and Sen, menerbitkan "The Microscopic Nature of Bekenstein and Hawking's Entropy". Dalam karya ini, Strominger dan Wafa mampu menggunakan teori string untuk menemukan komponen mikroskopis dari kelas lubang hitam tertentu, serta secara akurat menghitung kontribusi komponen ini terhadap entropi. Pekerjaan itu didasarkan pada penerapan metode baru, sebagian di luar ruang lingkup teori gangguan, yang digunakan pada 1980-an dan awal 1990-an. Hasil pekerjaan itu persis bertepatan dengan prediksi Bekenstein dan Hawking, yang dibuat lebih dari dua puluh tahun sebelumnya.

Strominger dan Vafa melawan proses sebenarnya dari pembentukan lubang hitam dengan pendekatan konstruktif. Mereka mengubah pandangan pembentukan lubang hitam dengan menunjukkan bahwa mereka dapat dibangun dengan susah payah merakit menjadi satu mekanisme set bran yang tepat ditemukan selama revolusi superstring kedua.

Memiliki di tangan semua kontrol desain mikroskopis lubang hitam, Strominger dan Vafa mampu menghitung jumlah permutasi dari komponen mikroskopis lubang hitam yang meninggalkan karakteristik umum yang dapat diamati, seperti massa dan muatan, tidak berubah. Setelah itu, mereka membandingkan angka yang dihasilkan dengan luas cakrawala peristiwa lubang hitam - entropi yang diprediksi oleh Bekenstein dan Hawking - dan menemukan kesepakatan yang sempurna. Setidaknya untuk kelas lubang hitam ekstrem, Strominger dan Vafa mampu menemukan aplikasi teori string untuk analisis komponen mikroskopis dan perhitungan yang tepat dari entropi yang sesuai. Masalah yang dihadapi fisikawan selama seperempat abad telah terpecahkan.

Bagi banyak ahli teori, penemuan ini penting dan argumen yang meyakinkan untuk mendukung teori string. Perkembangan teori string masih terlalu mentah untuk dibandingkan secara langsung dan akurat dengan hasil eksperimen, misalnya dengan hasil pengukuran massa quark atau elektron. Teori string, bagaimanapun, memberikan pembenaran fundamental pertama sejak lama. milik umum lubang hitam, ketidakmungkinan menjelaskan yang selama bertahun-tahun menghambat penelitian fisikawan yang bekerja dengan teori tradisional. Bahkan Sheldon Glashow Pemenang Nobel dalam fisika dan penentang keras teori string pada 1980-an, mengakui dalam sebuah wawancara pada 1997 bahwa "ketika ahli teori string berbicara tentang lubang hitam, mereka berbicara hampir tentang fenomena yang dapat diamati, dan ini sangat mengesankan."

Kosmologi string

Ada tiga poin utama di mana teori string memodifikasi model kosmologis standar. Pertama, dalam semangat penelitian modern, yang semakin memperjelas situasi, berdasarkan teori string bahwa Semesta harus memiliki minimum ukuran yang diijinkan. Kesimpulan ini mengubah gagasan tentang struktur Alam Semesta segera pada saat Big Bang, di mana model standar memberikan ukuran alam semesta nol. Kedua, konsep dualitas-T, yaitu dualitas kecil dan jari-jari besar(dalam dirinya hubungan dekat dengan keberadaan ukuran minimum) dalam teori string juga penting dalam kosmologi. Ketiga, jumlah dimensi ruang-waktu dalam teori string lebih dari empat, jadi kosmologi harus menjelaskan evolusi semua dimensi ini.

Model Brandenberg dan Wafa

Pada akhir 1980-an Robert Brandenberger dan Kumrun Wafa membuat yang pertama langkah penting untuk memahami perubahan apa dalam konsekuensi dari standar model kosmologis akan menggunakan teori string. Mereka sampai pada dua kesimpulan penting. Pertama, saat kita kembali ke masa Big Bang, suhu terus meningkat hingga ukuran alam semesta di segala arah sama dengan panjang Planck. Pada titik ini, suhu akan mencapai maksimum dan mulai menurun. Pada tingkat intuitif, tidak sulit untuk memahami alasan fenomena ini. Asumsikan untuk kesederhanaan (mengikuti Brandenberger dan Wafa) bahwa semua dimensi spasial alam semesta adalah siklus. Saat kita bergerak mundur dalam waktu, jari-jari setiap lingkaran menyusut dan suhu alam semesta meningkat. Kita tahu dari teori string bahwa mengurangi jari-jari terlebih dahulu ke dan kemudian di bawah panjang Planck secara fisik setara dengan mengurangi jari-jari ke panjang Planck, diikuti dengan peningkatan berikutnya. Karena suhu turun selama ekspansi Semesta, maka upaya yang gagal untuk mengompresi Semesta ke ukuran yang lebih kecil dari panjang Planck akan menyebabkan penghentian pertumbuhan suhu dan penurunan lebih lanjut.

Hasilnya, Brandenberger dan Vafa sampai pada gambaran kosmologis berikut: pertama, semua dimensi spasial dalam teori string tergulung rapat hingga dimensi minimum orde panjang Planck. Suhu dan energi tinggi, tetapi tidak terbatas: paradoks titik awal ukuran nol dalam teori string terpecahkan. PADA momen awal tentang keberadaan Semesta, semua dimensi spasial teori string sepenuhnya sama dan sepenuhnya simetris: semuanya digulung menjadi gumpalan multidimensi dimensi Planck. Lebih lanjut, menurut Brandenberger dan Wafa, Alam Semesta melewati tahap pertama pengurangan simetri, ketika pada waktu Planck tiga dimensi spasial dipilih untuk ekspansi berikutnya, sementara sisanya mempertahankan ukuran Planck aslinya. Ketiga dimensi tersebut kemudian diidentifikasi dengan dimensi-dimensi dalam skenario kosmologi inflasi dan dalam proses evolusi mengambil bentuk yang sekarang dapat diamati.

Model Veneziano dan Gasperini

Sejak karya Brandenberger dan Wafa, fisikawan telah membuat kemajuan terus-menerus menuju pemahaman kosmologi string. Di antara mereka yang memimpin studi ini adalah Gabriele Veneziano dan rekannya Maurizio Gasperini dari Universitas Turin. Para ilmuwan ini mempresentasikan versi kosmologi string mereka, yang di sejumlah tempat bersinggungan dengan skenario yang dijelaskan di atas, tetapi di tempat lain secara fundamental berbeda dari itu. Seperti Brandenberger dan Wafa, untuk mengecualikan suhu tak terbatas dan kepadatan energi yang muncul dalam standar dan model inflasi, mereka mengandalkan keberadaan panjang minimum dalam teori string. Namun, alih-alih menyimpulkan bahwa, karena sifat ini, alam semesta lahir dari gumpalan seukuran Planck, Gasperini dan Veneziano menyarankan bahwa ada alam semesta prasejarah yang muncul jauh sebelum saat yang disebut titik nol, dan melahirkan "embrio" kosmik dimensi Planck ini.

Keadaan awal Semesta dalam skenario seperti itu dan dalam model Big Bang sangat berbeda. Menurut Gasperini dan Veneziano, Alam Semesta bukanlah bola dimensi yang panas dan bengkok, tetapi dingin dan memiliki luas yang tak terbatas. Kemudian, sebagai berikut dari persamaan teori string, ketidakstabilan menyerang Semesta, dan semua titiknya mulai, seperti di era inflasi menurut Guth, menyebar dengan cepat ke samping.

Gasperini dan Veneziano menunjukkan bahwa karena ini, ruang menjadi semakin melengkung dan sebagai akibatnya terjadi lonjakan suhu dan kepadatan energi yang tajam. Sedikit waktu berlalu, dan area berukuran milimeter tiga dimensi di dalamnya hamparan tak berujung berubah menjadi titik merah-panas dan padat, identik dengan titik yang terbentuk selama ekspansi inflasi menurut Guth. Kemudian semuanya berjalan sesuai dengan skenario standar kosmologi Big Bang, dan tempat yang mengembang menjadi Alam Semesta yang dapat diamati.

Karena era pra-Big Bang melihat ekspansi inflasinya sendiri, solusi Guth terhadap paradoks cakrawala secara otomatis dibangun ke dalam skenario kosmologis ini. Dalam kata-kata Veneziano (dalam sebuah wawancara tahun 1998), "teori string memberi kita varian kosmologi inflasi di atas piring perak."

Studi tentang kosmologi string dengan cepat menjadi bidang penelitian yang aktif dan produktif. Misalnya, skenario evolusi sebelum Big Bang telah menjadi bahan perdebatan sengit lebih dari sekali, dan tempatnya dalam formulasi kosmologis masa depan masih jauh dari jelas. Namun, tidak ada keraguan bahwa formulasi kosmologis ini akan didasarkan pada pemahaman fisikawan tentang hasil yang ditemukan selama revolusi superstring kedua. Sebagai contoh, konsekuensi kosmologis dari keberadaan membran multidimensi masih belum jelas. Dengan kata lain, bagaimana gagasan tentang momen-momen pertama keberadaan Semesta akan berubah sebagai hasil dari analisis teori-M yang lengkap? Masalah ini sedang diteliti secara intensif.

Portal untuk siswa. Latihan mandiri