Teoria strun w fizyce - krótka charakterystyka
Teoria strun w fizyce - krótka charakterystyka
Teoria strun jest jedną z najambitniejszych i najbardziej ekscytujących teorii fizyki współczesnej. Jest to teoria, która próbuje zintegrować dwie najsilniejsze teorie fizyczne - teorię względności Einsteina i mechanikę kwantową - w jednej teorii, która w idealnej sytuacji powinna objaśniać całe wszechświat.
O co chodzi w teorii strun?
Podstawową ideą teorii strun jest to, że wszystko, co istnieje w fizycznej rzeczywistości - cząsteczki, atomy, planetoidy i cały wszechświat - składa się z mikroskopijnych, drżących wibracji, zwanych strunami. Co więcej, ta teoria zakłada, że te struny nie są jedynie matematycznymi abstrakcjami: są one rzeczywistymi obiektami, które przechodzą przez czasoprzestrzeń, o której mówi teoria względności i są opisywane przez mechanikę kwantową.
Teoria strun zakłada, że istnieją dwie rodzaje strun:
1) otwarte struny - jednowymiarowe obiekty, które mają długość i końce, które nie są połączone z niczym.
2) zamknięte struny - obiekty które także mają długość, ale końce czyli krańce są ze sobą połączone.
Jednym z największych osiągnięć teorii strun jest to, że pozwala ona włączyć siły fundamentalne: grawitację, elektromagnetyzm, silne oddziaływania międzyjądrowe i słabe oddziaływania międzyjądrowe - w jednej teorii.
Teoria strun - droga do zjednoczenia fizyki
Od czasów Einsteina była jasność, że teoria względności i mechanika kwantowa działa inaczej. Dla jednego z nich czas jest stały, dla drugiego - zmienny. Teoria strun próbuje połączyć te dwie sprzeczne teorie w jednym jednolitym matematycznym formalizmie.
Ostateczny cel tej teorii to stworzenie teorii scalonej, która objaśniłaby wszelkie zjawiska w fizyce, zarówno te, które dotyczą mikroświata jak i makroświata. Celem tej teorii jest również stworzenie matematycznej teorii, która byłaby zgodna z obserwacjami rzeczywistości i zgadzała się z eksperymentalnymi danymi.
Z drugiej strony, teoria strun jest jedną z najbardziej kontrowersyjnych teorii fizycznych, zarówno z punktu widzenia naukowego, jak i filozoficznego. Między innymi, krytycy teorii strun zwracają uwagę na to, że teoria nie może być weryfikowana eksperymentalnie, ponieważ nie przewiduje ona konkretnych obserwowalnych efektów.
Jakie są zastosowania teorii strun?
Chociaż teoria strun nie ma żadnych bezpośrednich zastosowań technologicznych, to jednak prowadzi do wielu bardziej praktycznych i ekscytujących odkryć w świecie nauki. Na przykład, teoria strun jest jednym z głównych elementów teorii superstrun, którą intensywnie badają fizycy, którzy zajmując się takimi dziedzinami jak teoria pola kwantowego czy grawitacja kwantowa.
Teoria strun również pomaga w badaniu czarnych dziur i innych egzotycznych zjawisk w kosmosie, co może w przyszłości pomóc nam zrozumieć, jak działa wszechświat.
Podsumowanie
Teoria strun jest jednym z największych wyzwań w fizyce teoretycznej. Ta ambitna teoria ma na celu zintegrowanie dwóch bardzo różnych teorii - teorii względności i mechaniki kwantowej - w jednym spójnym matematycznym formalizmie oraz stworzenie teorii, która objaśni cały wszechświat. Chociaż teoria strun jest kontrowersyjna, niekwestionowane jest jej znaczenie dla dalszych badań naukowych i odkryć w fizyce.