„Teoria corzilor” in sprijinul tentativei de unificare
Cum ar putea fi spațiul cu 10 dimensiuni (sau mai multe), prevăzute de teoria corzilor
De aproape 40 de ani se dezvoltă o teorie numită “teoria corzilor”, numita si „teoria M” în prezentarile sale recente. Teoria isi propune sa unifice gravitația și celelalte trei forțe fundamentale, rezolvand, în același timp, problema singularităților.
Teoria corzilor (String theory)
Teoria corzilor este o teorie a fizicii cuantice care trateaza particulele elementare (subatomice) ca obiecte infinitezimale unidimensionale cu caracter de „coarda” si nu ca puncte fara dimensiune in spatiu-timp.
Atomul este format din protoni și neutroni, care sunt alcătuiți din particule si mai mici, numite quarci. Fizicienii consideră că acești quarci s-ar putea să nu fie sfârșitul șirului pana la ultima particula indivizibila: aceste particule subatomice pot fi compuse de fapt din ceva chiar și mai mic – mici filamente vibratoare sau bucle de energie numite corzi.
“Teoria corzilor” afirma că tot ceea ce există în univers (sau în multivers) este alcătuit din acest singur tip de ingredient. Aceste corzi au proprietăți diferite în funcție de modul în care ele vibrează, creand astfel mai multe tipuri de particule sau, altfel spus, vibratiile diferite ale corzilor corespund unor particule diferite.
Introduse la inceputul anilor 1970, in incercarea de a descrie forta tare, teoriile supercorzilor au devenit cunoscute in anii 1980, cand s-a demonstrat ca ar putea ajuta la fundamentarea unei teorii de sine statatoare a campului cuantic care ar putea descrie atat gravitatia, cat si fortele slabe, tari si electromagnetice.
Dezvoltarea unei teorii unificate a campului cuantic reprezinta un obiectiv important in fizica cuantica teoretica, dar luarea in considerare a gravitatiei ridica, de obicei, probleme dificile, legate de valori infinite in calcule. Cea mai promitatoare dintre teoriile supercorzilor propune 11 dimensiuni: patru corespund celor trei dimensiuni spatiale obisnuite si timpul, iar restul sunt curbate si neperceptibile.
Idee simplă, calcule complexe
Premisa de la care se porneste este simpla: deoarece o particulă punctuala ridica probleme, se poate imagina că aceasta are o extensie spațială (dar foarte, foarte, foarte mica), astfel incat ceea ce este descris ca fiind o particula sa fie, de fapt, dacă este privita (de foarte, foarte, foarte aproape), rezultatul vibrației unui mic filament de materie, o coarda.
Există două tipuri de bază ale teoriilor corzilor: cele cu bucle ale corzilor inchise care se pot rupe în corzi deschise (corzi deschise) și cele cu bucle ale corzilor inchise care nu se pot rupe în corzi deschise (corzi inchise).
Conform teoriei corzilor, particulele punctuale au in realitate o extensie spațială. Dacă s-ar putea sa li se observe structura detaliată, s-ar constata că acestea rezulta din diferitele moduri de vibrație ale “filamentelor corzii”.
Văzând lucrurile în acest fel, teoria intenționează să verifice faptul că toate particulele și toate forțele observate sau prezise în natură rezulta din diferite moduri de vibrație ale aceluiași component elementar, aceasta faimoasa coarda.
Problema consta in faptul ca, în cadrul teoriei corzilor (stringurilor), calculele sunt atât de complexe încât chiar și fizicienii cei mai experimentati in domeniul matematicii se confruntă cu mari dificultăți. Motivul consta, în special, in necesitatea operarii aproximațiilor, datorita valorilor infinite in calcule, astfel incat acestea sa nu suprasolicite calculatorul și sa distorsioneze calculul.
Mai mult decât atât, teoria suferă de o absenta totală a verificarii experimentale, dar în apărarea sa, trebuie precizat faptul că experimentele care ar permite verificarea teoriei sunt, deocamdată, inaccesibile tehnologic cu cat scara la care se lucreaza este mai mica.
Corzi, gravitatie si dimensiuni suplimentare
Faima teoriei corzilor se datoreaza, pe de o parte, faptului ca este eleganta și, pe de altă parte, faptului ca aceasta prezice existența unei particule numite graviton, precizand modul în care acest purtator al gravitației interacționează cu celelalte particule. Această previziune este unul dintre succesele principale ale teoriei corzilor.
Un alt aspect interesant al teoriei corzilor este următorul: numărul de dimensiuni ale spațiu-timpului apare din ecuații, în loc sa figureze printre datele de la care se porneste. Totul ar fi perfect dacă numărul de dimensiuni prezis ar fi 4 (3 ale spațiului, una a timpului), dar, acest număr este considerabil mai mare.
Această teorie se desfășoară într-un univers cu 10, 11 sau chiar 26 de dimensiuni în funcție de variante! Desi pare atat de incredibil incat simti ca ti se taie răsuflarea, mulți fizicieni cred că aceste dimensiuni suplimentare sunt foarte posibile. Cu toate acestea, ele ar fi, repliate in sine și inimaginabil de mici (daca privesti, de exemplu, un fir de iarbă, de departe, acesta pare unidimensional, de aproape insa apare structura sa adevărata care este aceea a unui cilindru – “a doua dimensiune” fiind repliata (retrasa) in ea insasi.
Astfel, teoria corzilor, bazata pe o intuiție simplă, conduce, în cele din urmă, in tentativa sa de a unifica gravitația cu celelalte forțe fundamentale, spre un univers destul de straniu, dar care este poate al nostru. Această teorie promite o singură ecuație principală care ar putea explica tot ceea ce exista in Univers.
Calabi-Yau
Corzile ar vibra într-un spațiu, nu cu trei dimensiuni, ci cu 9 sau 10. Dimensiunile suplimentare ale spațiului sunt invizibile pentru noi, deoarece sunt extrem de mici: acestea sunt repliate in ele insele, într-o structură numită Calabi-Yau.
© CCC
Continuare… Geometrizarea fizicii
Inceputul articolului: In cautarea unei teorii a totului