Os elementos básicos da teoria das cordas

Cinco ideias-chave são o cerne da teoria das cordas. Familiarize-se com estes elementos-chave da teoria das cordas direita fora do bastão. Para ler sobre o básico dessas cinco idéias da teoria das cordas nas seções abaixo.

Cordas e membranas

Quando a teoria foi desenvolvida originalmente na década de 1970, foram considerados os filamentos de energia na teoria das cordas para ser 1-dimensionais objetos: cordas. (Unidimensional indica que uma cadeia de caracteres tem apenas uma dimensão, comprimento, em oposição a dizer um quadrado, o qual tem dimensões de comprimento e de altura.)

Essas cordas veio em duas formas - fechou cordas e cordas abertas. Uma corda aberta tem extremidades que não se tocam uns aos outros, enquanto uma corda fechada é um ciclo sem fim aberto. foi finalmente descoberto que essas seqüências iniciais, chamados Tipo de cordas I, poderia passar por cinco tipos básicos de interações, como mostra esta figura.

As interações são baseadas na capacidade de uma corda para ter extremidades se juntar e se separaram. Porque as extremidades de cordas abertas podem se unir para formar cordas fechadas, você não pode construir uma teoria das cordas sem cordas fechadas.

Isto provou ser importante, porque as cordas fechadas têm propriedades que fazem os físicos acreditam que poderia descrever a gravidade. Em vez de ser apenas uma teoria de partículas de matéria, os físicos começaram a perceber que a teoria das cordas pode apenas ser capaz de explicar a gravidade e o comportamento das partículas.

Ao longo dos anos, descobriu-se que a teoria exigida objetos que não apenas strings. Estes objetos podem ser vistos como folhas, ou branas. Cordas pode anexar em uma ou ambas as extremidades para estas membranas. Um brana 2-dimensional (chamado um 2-brana) é mostrada nesta figura.

gravidade quântica

A física moderna tem duas leis científicas básicas: a física quântica ea relatividade geral. Estas duas leis científicas representam radicalmente diferentes áreas de estudo. Física quântica estuda os muito pequenos objetos na natureza, enquanto relatividade tende a estudar a natureza na escala de planetas, galáxias eo universo como um todo. (Obviamente, a gravidade afeta pequenas partículas também, e relatividade responde por isso também.) Teorias que tentam unificar as duas teorias são teorias de gravidade quântica, e a mais promissora de todas essas teorias hoje é a teoria das cordas.

Unificação das forças

Lado a lado com a questão da gravidade quântica, a teoria das cordas tenta unificar as quatro forças do universo - força eletromagnética, a força nuclear forte, a força nuclear fraca e gravidade - juntos em uma teoria unificada. Em nosso universo, essas forças fundamentais aparecem como quatro fenómenos diferentes, mas os teóricos das cordas acreditam que no início do universo (quando havia incrivelmente altos níveis de energia) estas forças estão todas descritas por cordas interagem uns com os outros.

supersimetria

Todas as partículas no universo pode ser dividido em dois tipos: bósons e férmions. A teoria das cordas prevê que um tipo de conexão, chamado supersimetria, existe entre estes dois tipos de partículas. Sob supersymmetry, um fermion deve existir para cada Higgs e vice-versa. Infelizmente, as experiências ainda não detectou estas partículas extra.

Supersimetria é uma relação matemática entre certos elementos específicos de equações física. Foi descoberto fora da teoria das cordas, embora sua incorporação a teoria das cordas transformou a teoria em teoria de cordas supersimétrica (ou teoria das supercordas) em meados dos anos 1970.

Supersimetria simplifica muito as equações de teoria das cordas, permitindo que certos termos de cancelar. Sem supersymmetry, as equações resultar em inconsistências físicas, tais como valores infinitos e os níveis de energia imaginárias.

Porque os cientistas não observaram as partículas previstas por supersymmetry, isso ainda é uma hipótese teórica. Muitos físicos acreditam que a razão ninguém tem observado as partículas é porque ele tem um monte de energia para gerá-los. (Energy está relacionada à massa por Einstein famoso E = mc2 equação, por isso é preciso energia para criar uma partícula). Eles podem ter existido no início do universo, mas como o universo esfriou e energia espalhar-se após o big bang, estas partículas teria entrado em colapso nos estados de baixa energia que nós observamos hoje. (Nós não podemos pensar em nosso universo atual como particularmente baixo consumo de energia, mas em comparação com o calor intenso dos primeiros momentos após o Big Bang, é certamente.)

Os cientistas esperam que observações astronómicas ou experiências com aceleradores de partículas irá descobrir algumas dessas partículas supersymmetric de energia mais alta, fornecendo apoio para esta previsão da teoria das cordas.

dimensões extras

Outro resultado matemático da teoria das cordas é que a teoria só faz sentido em um mundo com mais de três dimensões espaciais! (Nosso universo tem três dimensões do espaço - esquerda / direita, para cima / baixo, e frente / trás.) Duas explicações possíveis existem atualmente para a localização das dimensões extras:

• As dimensões do espaço extra (geralmente seis deles) estão enroladas para cima (compactada, na teoria das cordas terminologia) para incrivelmente pequeno tamanhos, de modo que nunca percebê-los.

• Estamos presos em uma brana 3-dimensional, e as dimensões extras estender fora dela e são inacessíveis para nós.

A principal área de pesquisa entre os teóricos das cordas é em modelos matemáticos de como essas dimensões extras poderia estar relacionado com a nossa própria. Alguns desses resultados recentes previram que os cientistas poderão em breve ser capaz de detectar essas dimensões extras (se existirem) nos próximos experimentos, porque eles podem ser maiores do que o anteriormente esperado.