În fizică, teoria corzilor este un cadru teoretic în care particulele punctuale din fizica particulelor sunt înlocuite de obiecte unidimensionale numite corzi. Ea descrie modul în care aceste corzi se propagă prin spațiu și interacționează una cu cealaltă. În cazul scalelor de distanță mai mari decât scala corzilor, o coardă arată ca o particulă obișnuită, cu masa, sarcina și alte proprietăți determinate de starea vibrațională a corzii. În teoria corzilor, una dintre multele stări vibraționale ale corzilor corespunde cu gravitonul, o particulă din mecanică cuantică care poartă forța gravitațională. Astfel, teoria corzilor este o teorie a gravitației cuantice.
Teoria corzilor este un subiect larg și variat, care încearcă să abordeze o serie de întrebări profunde ale fizicii fundamentale. Ea a fost aplicată la o varietate de probleme în fizica găurilor negre, cosmologia universului timpuriu, fizica nucleară și fizica materiei condensate, și a stimulat o serie de evoluții majore în matematica pură. Deoarece teoria corzilor oferă o descriere unificată a gravitației și fizicii particulelor, este un candidat pentru o teorie a tuturor, un model matematic autonom care descrie toate forțele și formele fundamentale ale materiei. În ciuda multor lucrări pe aceste probleme, nu se știe în ce măsură teoria corzilor descrie lumea reală sau câtă libertate permite teoria în alegerea detaliilor sale.
Teoria corzilor a fost studiată pentru prima dată la sfârșitul anilor 1960 ca o teorie a forței nucleare puternice, înainte de a fi abandonată în favoarea cromodinamicii cuantice. Ulterior, s-a constatat că proprietățile care făceau teoria corzilor inadecvată ca o teorie a fizicii nucleare au făcut-o un candidat promițător pentru o teorie cuantică a gravitației. Cea mai veche versiune a teoriei corzilor, teoria corzilor bosonice, încorporează numai clasa de particule cunoscute sub numele de bosoni. Ulterior, ea s-a dezvoltat în teoria supercorzilor, care posedă o conexiune numită supersimetrie între bosoni și clasa de particule numite fermioni. Au fost dezvoltate cinci versiuni consecvente ale teoriei supercorzilor înainte de a fi conjecturat la mijlocul anilor 1990 că erau cazuri limitative cu totul diferite ale unei singure teorii în unsprezece dimensiuni cunoscute ca teoria M. La sfârșitul anului 1997, teoreticienii au descoperit o relație importantă numită corespondența AdS/CFT, care leagă teoria corzilor de un alt tip de teorie fizică numit teoria câmpului cuantic.
Una dintre provocările teoriei corzilor este că teoria completă nu are o definiție satisfăcătoare în toate circumstanțele. O altă problemă este că teoria este gândită să descrie un peisaj enorm de universuri posibile și acest lucru a complicat eforturile de a dezvolta teorii ale fizicii particulelor bazate pe teoria corzilor. Aceste probleme au atras critici din comunitate și a pus la îndoială valoarea cercetării continue privind unificarea teoriei corzilor.
Una dintre provocările teoriei corzilor este că teoria completă nu are o definiție satisfăcătoare în toate circumstanțele. Împrăștierea corzilor este definită cel mai clar folosind tehnicile teoriei perturbării, dar nu se știe în general cum să se definească teoria corzilor fără perturbare. De asemenea, nu este clar dacă există vreun principiu prin care teoria corzilor își selectează starea de vid, starea fizică care determină proprietățile universului nostru. Aceste probleme au determinat pe unii din comunitate să critice aceste abordări ale unificării fizicii și să pună la îndoială valoarea cercetărilor continue asupra acestor probleme.
Fundamente
(Obiectivele fundamentale ale teoriei corzilor sunt modelele de corzi deschise și închise.)
În secolul al XX-lea, au apărut două cadre teoretice pentru formularea legilor fizicii. Prima este teoria generală a relativității lui Albert Einstein, o teorie care explică forța gravitației și structura spațiului și a timpului. Celălalt este mecanica cuantică, care este o formulă complet diferită pentru a descrie fenomenele fizice folosind principiile de probabilitate cunoscute. Până la sfârșitul anilor 1970, aceste două cadre s-au dovedit a fi suficiente pentru a explica majoritatea caracteristicilor observate ale universului, de la particulele elementare la atomi până la evoluția stelelor și a universului ca întreg.
În ciuda acestor succese, există încă multe probleme care rămân de rezolvat. Una dintre cele mai adânci probleme din fizica modernă este problema gravitației cuantice. Teoria generală a relativității este formulată în cadrul fizicii clasice, în timp ce celelalte forțe fundamentale sunt descrise în cadrul mecanicii cuantice. Este necesară o teorie cuantică a gravitației pentru a reconcilia relativitatea generală cu principiile mecanicii cuantice, dar dificultățile apar atunci când se încearcă aplicarea regulilor obișnuite ale teoriei cuantice la forța gravitațională. În plus față de problema dezvoltării unei teorii consecvente a gravitației cuantice, există multe alte probleme fundamentale în fizica nucleelor atomice, a găurilor negre și a universului timpuriu.
Teoria corzilor este un cadru teoretic care încearcă să abordeze aceste întrebări și multe altele. Într-o versiune dată a teoriei corzilor, există un singur tip de coardă, care poate arăta ca o buclă mică sau un segment de coardă obișnuit, și poate vibra în moduri diferite. În acest fel, toate particulele elementare diferite pot fi văzute ca corzi vibratoare.
Una dintre principalele evoluții din ultimele câteva decenii în teoria corzilor a fost descoperirea anumitor „dualități”, transformări matematice care identifică o teorie fizică cu alta. Fizicienii care studiază teoria corzilor au descoperit o serie din aceste dualități între diferitele versiuni ale teoriei corzilor, iar acest lucru a dus la presupunerea că toate versiunile coerente ale teoriei corzilor sunt subsumate într-un cadru unic, cunoscut sub numele de teoria-M.
Studiile teoriei corzilor au generat, de asemenea, o serie de rezultate privind natura găurilor negre și interacțiunea gravitațională. Există anumite paradoxuri care apar atunci când cineva încearcă să înțeleagă aspectele cuantice ale găurilor negre, iar lucrul la teoria corzilor a încercat să clarifice aceste probleme. La sfârșitul anului 1997, această linie de lucru a culminat cu descoperirea corespondenței teoriei câmpurilor anti-de Sitter/conforme sau cu AdS/CFT. Acesta este un rezultat teoretic care relaționează teoria corzilor cu alte teorii fizice care sunt mai bine înțelese teoretic. Corespondența AdS/CFT are implicații pentru studiul găurilor negre și gravitației cuantice și a fost aplicată și altor subiecte, inclusiv fizica nucleară și materia condensată .
Lasă un răspuns