בתורת המיתרים, חלקים קטנים של מיתר מחליפים חלקיקים תת-אטומיים מסורתיים.
פול מ. סוטר הוא אסטרופיסיקאי במכון סוני סטוני ברוק ובמכון פלטירון, המארח של תשאל איש חלל ו רדיו שטח, ומחבר הספר "מקומך ביקום."סאטר תרם את המאמר הזה ל קולות המומחים של Space.com: Op-Ed & Insights.
תורת המיתרים מקווה להיות תיאוריה מילולית של כל דבר, מסגרת מאחדת אחת המסבירה את כל המגוון והעושר שאנו רואים בקוסמוס ובמקפיצי החלקיקים שלנו, מאופן התנהגות כוח הכבידה וכלה באיזה אווירה אנרגיה שחורה זו הסיבה מדוע לאלקטרונים יש המסה שהם עושים. ובעוד שזה רעיון בעל פוטנציאל רב עוצמה, שאם לא נעול היה מהפך לחלוטין את הבנתנו את העולם הפיזי, הוא מעולם לא נבחן ישירות.
עם זאת, היו דרכים לבחון כמה מההישנות וההשלכות הפוטנציאליות של זה תיאוריית המיתרים. ואף שבדיקות אלה לא היו מוכיחות באופן ישיר את תורת המיתרים בצורה זו או אחרת, הן היו עוזרות לחזק את המקרה שלה. בוא נחקור.
בעיה מטרידה
עם זאת, ראשית, עלינו לבחון מדוע קשה לבדוק את תורת המיתרים. יש שתי סיבות.
המיתרים של תורת המיתרים הם קטנים באופן מדהים, ונחשבים שהם נמצאים איפשהו סביב סולם הפלנק, בגובה 10-34 מטרים. זה הרבה יותר קטן מכל מה שאנחנו יכולים לקוות לבחון אפילו עם הכלים המדויקים ביותר שלנו. המיתרים כל כך קטנים, למען האמת, שהם נראים לנו כחלקיקים דמויי נקודה, כמו אלקטרונים ופוטונים ונויטרונים. פשוט איננו יכולים לבהות במיתר ישירות.
קשור לאותה קטנות הוא סולם האנרגיה הדרוש לבדיקת המשטרים שבהם תורת המיתרים חשובה למעשה. נכון להיום יש לנו שתי גישות שונות להסבר על ארבעה כוחות טבע. מצד אחד, יש לנו את הטכניקות של תורת השדות הקוונטים, המספקות תיאור מיקרוסקופי של האלקטרומגנטיות ושני הכוחות הגרעיניים. ומאידך שיש לנו תורת היחסות הכללית, המאפשרת לנו להבין את כוח המשיכה ככיפוף והתפתלות של חלל.
עבור כל המקרים שנוכל לבחון ישירות, השימוש באחד או אחר זה בסדר. תיאוריית המיתרים נכנסת לפעולה רק כאשר אנו מנסים לשלב את כל ארבעת הכוחות עם תיאור יחיד, שרק חשוב באמת בסולם האנרגיה הגבוהים ביותר - עד כדי כך שלעולם לא נוכל לבנות מכונה כדי להגיע לגבהים כאלה.
אבל גם אם היינו יכולים להמציא מקליט חלקיקים כדי לחקור ישירות את האנרגיות של כוח הכבידה הקוונטי, לא נוכל לבדוק את תורת המיתרים, מכיוון שעדיין תורת המיתרים אינה שלמה. זה לא קיים. יש לנו רק קירובים שאנו מקווים שמתקרבים לתיאוריה בפועל, אך אין לנו מושג עד כמה אנו צודקים (או לא נכונים). כך שתורת המיתרים אינה עומדת אפילו במשימה של ביצוע תחזיות שנוכל להשוות לניסויים היפותטיים.
בלוז קוסמי
אף על פי שאיננו יכולים להגיע לאנרגיות הנדרשות במפיצי החלקיקים שלנו בכדי להציץ באמת לעומק הפוטנציאל של המיתרים, לפני 13.8 מיליארד שנה היקום כולו שלנו היה קדחת כוחות יסוד. אולי נשיג כמה תובנות מחמירות על ידי התבוננות בהיסטוריה של המפץ הגדול.
הצעה אחת שהגישו תיאורטיקני המיתרים היא סוג אחר של מיתר תיאורטי: המיתר הקוסמי. מיתרים קוסמיים הם ליקויים המפיצים ביקום בזמן החלל, שאריות מהרגעים הראשונים של המפץ הגדול, והם תחזית גנרית למדי לפיזיקה של התקופות ההן של היקום.
אבל מיתרים קוסמיים עשויים להיות גם מיתרים סופר-דופר-מתוחים מתורת המיתרים, שהם בדרך כלל כה קטנים עד ש"מיקרוסקופית "גדולה מדי ממלה, אך נמתחה ונמשכה על ידי ההתפשטות הבלתי פוסקת של היקום. כך שאם נמצא מיתר קוסמי שצף שם בחוץ בקוסמוס, נוכל ללמוד אותו בזהירות ולבדוק אם זה באמת משהו שחזה על ידי תורת המיתרים.
נכון להיום, לא נמצאו מיתרים קוסמיים ביקום שלנו.
עדיין, החיפוש מופעל. אם היינו מוצאים מחרוזת קוסמית, זה לא בהכרח אמיד לאמת את תורת המיתרים - היה צריך לעשות הרבה יותר עבודה, הן תיאורטית והן מבחינה תצפיתית, כדי להבדיל בין חיזוי תיאוריית המיתרים לגירסת הסדק-בחלל.
לא כל כך סופר-סימטריה
ובכל זאת, ייתכן שנוכל לקחת כמה רמזים מעניינים, ואחד מאותם רמזים הוא העל-סימטריה. שופר-סימטריה היא סימטריה טבעית המוחזקת המחברת בין כל הפרמיונים (אבני הבניין של המציאות כמו אלקטרונים וקווארקים) עם הבוזונים (נשאי הכוחות כמו גלונים ופוטונים) במסגרת אחת.
מכונות הסופר-סימטריה עיבדו לראשונה על ידי תיאורטיקני מיתרים, אך העלו באש כשדרה מעניינת עבור כל הפיזיקאים האנרגטיים העליונים כדי לפתור פוטנציאל בעיות עם דגם סטנדרטי ולעשות תחזיות לפיזיקה חדשה. במסגרת תורת המיתרים, העל-סימטריה מאפשרת למיתרים לתאר לא רק את כוחות הטבע אלא גם את אבני הבניין, מה שמקנה לאותה תיאוריה את הכוח להיות תיאוריה של הכל.
אז אם נמצא הוכחות לסופר-סימטריה, זה לא היה מוכיח את תורת המיתרים, אבל זה יהיה אבן מדרכה מרכזית.
לא מצאנו הוכחות לסופר-סימטריה.
ה קדריידר גדול (LHC) תוכנן באופן מפורש לחקור סימטריות העל, או לפחות כמה מהגרסאות הפשוטות והקלות ביותר להגיע לסופר-סימטריה, על ידי חיפוש אחר חלקיקים חדשים שחזה התיאוריה. ה- LHC הופיע ריק לחלוטין, בלי אפילו ריח של חלקיק סופר-סימטרי חדש, ומחה את כל הרעיונות הפשוטים ביותר לסימטריה לגמרי מהמפה.
ולמרות שהתוצאה השלילית הזו לא שוללת את תורת המיתרים, היא גם לא גורמת לה להיראות נהדר מדי.
האם יום אחד תהיה לנו עדות אפילו לאחת הבסיסים או התחזיות הצדדיות של תורת המיתרים? אי אפשר לומר. הרבה תקוות הושמדו על סופר-סימטריה, שעד כה לא הצליחה לספק, ונשארות עדיין שאלות אם כדאי לבנות רוכבים גדולים אפילו יותר כדי לנסות לדחוף יותר חזק לסימטריות-על, או אם פשוט נותר לוותר ולנסות משהו אחר.
- כיצד יתכן ויקום יכול להיות בעל ממדים רבים יותר
- חלקיקים מסתוריים התפוחים מאנטארקטיקה מתריסים על הפיזיקה
- המפץ הגדול: מה באמת קרה בלידת היקום שלנו?
למידע נוסף על ידי האזנה לפרק "האם שווה את תורת המיתרים? (חלק 6: כנראה שאנחנו צריכים לבדוק זאת)" בפודקאסט Ask A Spaceman, זמין ב iTunes ובאינטרנט בhttp://www.askaspaceman.com. תודה לג'ון סי, זכרי ח., @ Edit_room, מתיו י., כריסטופר ל. קריזנה וו., סיאן פ., נה ש., זכרי ח., ג'ויס ס., מאוריציו מ., @ שרנישה, פנוס ., דרוב ר., מריה א., טר ב., OiSnowy, אוון ט., דן מ., ג'ון ט., טוובלנצארד, אורי, כריסטופר מ., @ Unplugged_wire, ג'אקומו ש., גולי פ. לשאלות שהובילו ליצירה הזו! שאל את השאלה שלך בטוויטר באמצעות #AskASpaceman או על ידי עקוב אחר פול @PaulMattSutter ו facebook.com/PaulMattSutter.
