Die grundlegenden Elemente der String-Theorie

Fünf Schlüssel Ideen stehen im Mittelpunkt der Stringtheorie. Machen Sie sich mit diesen Schlüsselelementen der Stringtheorie rechts von der Fledermaus. Lesen Sie weiter, um die Grundlagen dieser fünf Ideen der Stringtheorie in den nachfolgenden Abschnitten.

Streicher und Membranen

Wenn die Theorie ursprünglich in den 1970er Jahren entwickelt wurde, wurden die Filamente von Energie in der Stringtheorie als 1-dimensionale Objekte zu sein: Saiten. (Eindimensionale zeigt an, dass ein String nur eine Dimension, Länge hat, im Gegensatz zu einem Quadrat sagen, die Länge und Höhenmaße hat.)

Diese Strings kamen in zwei Formen - geschlossen Strings und offenen Saiten. Eine offene Saite hat Enden, die zwar eine geschlossene String ist eine Schleife ohne offene Ende einander nicht berühren. Es wurde schließlich festgestellt, dass diese frühen Strings, die so genannte Typ-I-Strings, durch fünf grundlegende Arten von Wechselwirkungen gehen könnte, wie diese Figur gezeigt.

Die Interaktionen basieren auf der Fähigkeit eines Schnurenden zu haben, verbinden und teilen auseinander. Da die Enden der offenen Saiten verbinden können zusammen geschlossenen Strings zu bilden, können Sie keinen String-Theorie ohne geschlossene Strings zu konstruieren.

Dies erwies sich als wichtig zu sein, denn die geschlossenen Strings Eigenschaften haben, die Physiker glauben, sie Gravitation beschreiben könnte. Anstatt nur eine Theorie der Materie-Teilchen zu sein, begann die Physiker, dass die Stringtheorie zu erkennen, kann nur in der Lage sein, die Schwerkraft und das Verhalten von Teilchen zu erklären.

Im Laufe der Jahre wurde entdeckt, dass die Theorie als Zeichenfolgen gerade andere Objekte erforderlich. Diese Objekte können als Blätter gesehen werden, oder branes. Zeichenfolgen können an einem oder an beiden Enden an diesen branes befestigen. Ein 2-dimensionaler bran (eine so genannte 2-bran) ist in dieser Figur gezeigt.

Quantengravitation

Die moderne Physik hat zwei grundlegende wissenschaftliche Gesetze: Quantenphysik und die allgemeine Relativitätstheorie. Diese beiden wissenschaftlichen Gesetze darstellen radikal verschiedenen Bereichen der Studie. Quantenphysik untersucht die kleinsten Objekte in der Natur, während Relativität neigt dazu, die Natur auf der Skala von Planeten, Galaxien zu studieren, und das Universum als Ganzes. (Offensichtlich wirkt die Schwerkraft kleine Partikel zu, und Relativität macht dies auch.) Theorien, die die beiden Theorien sind Theorien zu vereinen versuchen Quantengravitation, und die vielversprechendsten aller solcher Theorien heute ist die Stringtheorie.

Vereinheitlichung der Kräfte

Hand in Hand mit der Frage der Quantengravitation, versucht die Stringtheorie die vier Kräfte im Universum zu vereinen - eine elektromagnetische Kraft, die starke Kernkraft, die schwache Kernkraft und Schwerkraft - zusammen in einer einheitlichen Theorie. In unserem Universum erscheinen diese fundamentalen Kräfte als vier verschiedene Phänomene, aber Stringtheoretiker glauben, dass im frühen Universum (wenn es unglaublich hohen Energieniveaus waren) diese Kräfte sind alle von Strings beschrieben miteinander interagieren.

Supersymmetry

Bosonen und Fermionen: Alle Partikel im Universum lassen sich in zwei Typen unterteilt werden. Die String-Theorie sagt voraus, dass eine Art von Verbindung, die so genannte Supersymmetrie, besteht zwischen diesen beiden Partikeltypen. Unter Supersymmetrie muss ein Fermion für jedes Boson und umgekehrt existieren. Leider haben die Experimente noch nicht diese zusätzlichen Partikel nachgewiesen.

Supersymmetry ist eine bestimmte mathematische Beziehung zwischen bestimmten Elementen der Physik-Gleichungen. Es wurde außerhalb der Stringtheorie entdeckt, obwohl die Einbindung in die Stringtheorie, die Theorie in die supersymmetrischen Stringtheorie (oder Superstringtheorie) umgewandelt, die Mitte der 1970er Jahre.

Supersymmetry erheblich vereinfacht Gleichungen der Stringtheorie, indem sie bestimmte Begriffe aufzuheben. Ohne die Super führen die Gleichungen in physischen Inkonsistenzen, wie unendliche Werte und imaginäre Energie.

Da die Wissenschaftler die Partikel nicht durch die Supervorhergesagt beobachtet haben, ist dies immer noch eine theoretische Annahme. Viele Physiker glauben, dass der Grund niemand die Partikel beobachtet, da sie sehr viel Energie braucht, sie zu erzeugen. (Energie wird von Einstein auf Masse bezogen berühmt E = mc2 Gleichung, so dass es Energie braucht ein Teilchen zu erzeugen.) Sie haben im frühen Universum existiert, aber als das Universum abgekühlt und Energie nach dem Urknall ausgebreitet, diese Partikel haben würden in die energieärmere Staaten zusammengebrochen, dass wir beobachten heute. (Wir können nicht glauben, in unserem aktuellen Universum als besonders niedrigen Energieverbrauch, aber im Vergleich zu der intensiven Hitze von den ersten Momenten nach dem Urknall, es ist sicher.)

Die Wissenschaftler hoffen, dass astronomische Beobachtungen oder Experimente mit Teilchenbeschleunigern einige dieser höheren Energie supersymmetrischen Teilchen aufdecken wird, Unterstützung für diese Vorhersage der Stringtheorie bereitstellt.

Extra-Dimensionen

Eine weitere mathematische Ergebnis der String-Theorie ist, dass die Theorie Sinn in einer Welt mit mehr als drei Raumdimensionen nur macht! (Unser Universum hat drei Dimensionen des Raumes - links / rechts, oben / unten und vorne / hinten). Zwei mögliche Erklärungen sind derzeit für den Standort der Extra-Dimensionen:

• Die zusätzlichen Raumdimensionen (in der Regel sechs von ihnen) sind zusammengerollt (kompaktifiziert, in der Stringtheorie Terminologie) zu unglaublich kleinen Größen, so nehmen sie wahr wir nie.

• Wir sind auf einem 3-dimensionalen bran stecken, und die zusätzlichen Dimensionen erweitern weg von ihr und sind uns nicht zugänglich.

Ein wichtiger Bereich der Forschung unter Stringtheoretiker ist auf mathematischen Modellen, wie diese zusätzlichen Dimensionen könnten unseren eigenen in Beziehung gesetzt werden. Einige dieser jüngsten Ergebnisse haben vorausgesagt, dass die Wissenschaftler bald in der Lage sein kann, diese Extra-Dimensionen zu erfassen (falls vorhanden) in den kommenden Experimente, weil sie größer sein kann als bisher erwartet.