Hvorfor strengteori kræver ekstra dimensioner

Strengteori fandt sin oprindelse i et forsøg på at forstå de begyndende eksperimenter, der afslørede den stærke atomkraft. Til sidst ville en anden teori, en baseret på partikler kaldet kvarker og kraftbærere kaldet gluoner, fortrænge den, men i de dybe matematiske knogler i den unge strengteori ville fysikere finde nysgerrige strukturer, halvt skimtede spøgelser, der ville pege på noget mere. Noget dybere.

Strengteori hævder, at det, vi kalder partikler – de punktlignende entiteter, der vandrer frit, interagerer og binder sig sammen for at udgøre hovedparten af ​​den materielle eksistens – ikke er andet end. I stedet er der kun en enkelt slags grundlæggende objekt:strengen. Disse strenge, der hver især eksisterer ved den mindst mulige grænse for selve eksistensen, vibrerer. Og måden disse strenge vibrerer på, dikterer, hvordan de manifesterer sig i det større univers. Ligesom toner på en trumfet guitar, vil en streng, der vibrerer med én tilstand, fremstå for os som en elektron, mens en anden, der vibrerer med en anden frekvens, vil fremstå som en foton, og så videre.

Strengteori er et dristig forsøg på en teori om alting. En enkelt matematisk ramme, der forklarer de partikler, der gør os til hvem og hvad vi er, sammen med de kræfter, der fungerer som de grundlæggende budbringere blandt disse partikler. De er alle, hver kvark i kosmos og hver foton i marken, stumper af vibrerende strenge.

Strengteori er fortsat den mest lovende vej mod en kvanteteori om tyngdekraft. Den kan gøre krav på denne ultimative titel, fordi den inkorporerer alle naturens kræfter under sit banner, potentiale, der opfylder foreningsdrømmene fra det sidste halve årtusindes fysiske udforskning af kosmos, og fordi teorien naturligt inkluderer en ny partikel (eller rettere, bestemt vibration af streng), der har alle de rigtige egenskaber til at tjene som tyngdekraftens kvantekraftbærer, tyngdekraftsanalogen til fotonen.

Strengteori er ikke blevet testet, er ikke blevet verificeret og er endnu ikke engang færdig. Faktisk, på trods af dets enorme løfte og potentiale, er matematikken, der understøtter teorien, så svær at løse, at ingen endnu er kommet til en løsning, endsige en forudsigelse, der kan forudsiges mod eksperimenter. Det ser ud til, at naturen er indstillet på at drille os igen og igen. De originale forsøg på at folde tyngdekraften ind i en kvanteramme kollapser på sig selv under vægten af ​​irreducerbare uendeligheder. Og nu er den mest lovende løsning omkring disse uendeligheder, at erstatte de punktlignende partikler fra gammel kvanteteori med løkker af strenge, så ubrugelig, at uendelighederne nogle gange virker at foretrække.

På trods af dets mangler er det lykkedes teoretikere at gøre et stykke vej ind i strengenes dybere skove, og i deres søgen – som nogle gange ligner mere dristige ønsker, som vi håber en dag kan vise sig at være sande – har de ramt noget uventet.

Dimensionalitet spiller en afgørende rolle i strengteori. De små vibrerende strenge har til opgave at forklare hele skabelsen – enhver form for partikel, der nogensinde har eksisteret, nogensinde er blevet opdaget, og så meget desto mere, som vi endnu mangler at finde. Men tidligt opdagede strengteoretikere, at de magre tre dimensioner af rummet ikke var nok; begrænset til vores sædvanlige og velkendte rumtid, kan strenge ikke understøtte nok forskellige slags vibrationer til at forklare det fulde udvalg af partikler.

Og så kom strengteoretikere med en elegant løsning. Hvis universet ikke har nok dimensioner til at give strenge den frihed, de har brug for til at forklare hele fysikken, så skal vi tilføje de fleste dimensioner til universet. Moderne versioner af strengteori siger, at vi har enten ti eller elleve rumlige dimensioner (forskellen kommer fra forskellige formuleringer af teorien).

For at forklare, hvorfor disse ekstra dimensioner er undsluppet vores opmærksomhed hidtil i vores oplevelser med at leve i dette univers, skal dimensionerne ud over de velkendte tre krølles sammen på sig selv til de samme ultra-små skalaer som strengene selv, og skubbe dem ind i skjulte hjørner af opfattelse og eksperimenter. Selv vores evne til at undersøge selve atomernes bestanddele er alt for klodset til at trænge ind i denne strengdominerede verden.

Vi behøver ikke bekymre os om strukturen eller egenskaberne af disse skjulte dimensioner, for det, der betyder noget for os, er den strengteori, som hævder at være en efterfølger i den ubrudte kæde af forening, der strækker sig over fem hundrede år, og som hævder at blomstre en dag. ind i en fuldstændig teori om kvantetyngdekraften, indrømmer muligheden, i sagens natur af matematisk nødvendighed, at vores univers har et andet antal dimensioner end hvad vi naivt kan antage.

Leveret af Universe Today