Materia, universuri paralele si corzile mici

MATERIAMateria, universuri paralele si corzile mici

Teoria Corzilor este un concept ipotetic din fizică. Termenul provine din denumirea engleză „String Theory”, care ar însemna  Teoria Corzii sau poate şi mai bine Teoria Corzilor.

Deoarece un element esenţial în construcţia modelului fizic este supersimetria, de multe ori Teoria Corzilor este redenumită Teoria Supercorzilor, dar în esenţă ambele denumiri semnifică acelaşi lucru.

Fizicienii s-au apropiat tot mai mult de momentul creării „teoriei tuturor lucrurilor”, teorie care încearcă să explice existenţa întregului univers, în mic şi mare.

Albert Einstein a lăsat această căutare succesorilor săi, ea fiind de fapt miezul cercetărilor tuturor fizicienilor. Anii 1980 aduc o schimbare radicală, aşa cum afirmă Burt Ovrut, profesor la Universitatea Statului Pennsylvania din University Park, Pennsylvania, USA:

„Încă de când a luat naştere fizica s-a crezut că materia este făcută din particule. Acum ne-am schimbat acest punct de vedere.

Acum credem că materia este făcută din corzi mici.” Aşa a apărut teoria stringurilor, care spune că particulele sunt de fapt corzi mici invizibile, din care emană materia precum muzica din corzi: „Dacă o ciupeşti (coarda) într-un anumit fel, obţii o frecvenţă anume, dar dacă o ciupeşti în alt fel, poţi obţine mai multe frecvenţe, aşa ai note diferite.”(Burt Ovrut). Michio Kaku, profesor la City University din oraşul New York, spune că „universul este o simfonie, iar legile fizicii sunt armonii ale unei super-corzi.”

Până în prezent sunt cunoscute cinci modele viabile care nu au anomalii şi care sunt consistente într-un spaţiu fizic cu zece dimensiuni, una temporală şi nouă spaţiale. Se crede că aceste cinci teorii nu reprezintă altceva decât diverse manifestari ale Teoriei M (M-theory).

În teoria stringurilor particulele elementare sunt alcătuite din stringuri (corzi sau sfori) aflate sub excitaţie. Stringurile trebuie să fie întinse sub tensiune, pentru a deveni excitate, dar aceste stringuri nu sunt prinse de un suport, ele plutesc in spaţiu-timp.

Tensiunea stringurilor este dată de cantitatea 1 / (2πα’), unde α’ este egal cu pătratul lungimii stringurilor. Dacă teoria stringurilor este o teoria a gravităţii cuantice, atunci mărimea medie a unui string trebuie să fie aproximativă cu lungimea Planck, care este egală cu aproximativ 10-33 cm.

Stringurile pot fi închise (sunt ca o bucată de sfoară sub formă de cerc) sau deschise (ca o bucată de sfoară), cele deschise se pot închide si ele devenind închise. Aceste stringuri interacţionează unele cu altele in spaţiu şi timp rezultând particule elementare. Diferitele forme de interacţiune dintre stringuri dau proprietăţile fizice ale particulei.

Pentru introducerea fermionilor în această teorie trebuie să existe o simetrie speciala numită supersimetria. Supersimetria înseamnă că oricărui boson îi corespunde un fermion. Deci supersimetria face o legătură între bosoni şi fermioni. Din păcate această supersimetrie (cuplu boson-fermion) nu a fost observată in experimente efectuate în acceleratoare de particule (acceleratoare de particule: acceleratoare liniare, ciclotron, betatron).

Universul nostru este format din 4 dimensiuni: sus-jos, fata-spate, stanga-dreapta si timpul. Restul, pana la 11 nu le percepem, 6 fiind infasurate iar una le contine pe cele 10. Universul nostru se afla pe o membrana infinita in lungime, dar foarte ingusta. Ciocnirea dintre membrana ce contine universul nostru si cea a unui univers paralel a dus la Big Bang.

Supergravitaţia se asemăna foarte mult cu teoria stringurilor: „În mod normal credem că trăim într-o lume tridimensională. Ne putem mişca în trei direcţii: la dreapta sau la stânga, sus sau jos, înainte sau înapoi, dar fizicienilor le place să adauge alte dimensiuni. Einstein a propus ca timpul să fie a patra dimensiune. Apoi altcineva a propus a 5 a şi apoi a 6a. Şi numărul a continuat să crească. Dimensiunile adiţionale sunt spaţii în univers pe care nu le putem percepe (direct).

Majoritatea sunt microscopice, dar cercetătorii erau convinşi că acestea există.” (cf. Michael Duff). Conform teoriei stringurilor există 10 dimensiuni: 9 dimensiuni spaţiale şi una temporală. Teoria supergravitaţiei însă enumeră 11 dimensiuni. Puţini erau cei care credeau în ele şi le promovau, fiind desconsideraţi de comunitatea cercetătorilor care reconsiderau universul pornind de la cadrul oferit de teoria stringurilor: doar coarde care vibrează.

Teoria M

Teoria M este o teorie supersimetrică care este consistentă într-un spaţiu cu unsprezece dimensiuni. Limita de energii joase a Teoriei M este Supergravitaţia unsprezece-dimensională.

Teoria M este cea mai recentă versiune a teoriei corzilor din anul 2008. Conform vechii teorii, şase din cele zece dimensiuni sunt „înfăşurate”, noi putând observa doar universul 4-dimensional cu care suntem obişnuiţi. Aceste extradimensiuni sunt „strânse” într-o regiune a spaţiului (spaţiul Calabi-Yau), prea mică pentru a putea fi observabilă. Teoria M vine cu ceva in plus: unele din aceste dimensiuni ar putea fi foarte mari, chiar infinite.

Supergravitaţia a avut însă ocazia să-şi ia revanşa când fizicienii au încercat să salveze teoria stringurilor: ei au adăugat a 11-a dimensiune la cele 10, iar rezultatul a fost unul surprinzător. Cele cinci versiuni ale teoriei, aflate în competiţie unele cu celelalte, s-au dovedit a fi variante ale aceleiaşi teorii fundamentale care începea din nou să aibă sens. Odată cu adăugarea celei de-a 11-a dimensiuni, teoria s-a transformat astfel: stringurile, despre care se presupunea că stau la baza materiei din univers, s-au extins şi s-au combinat.

Concluzia extraordinară a fost aceea că toată materia din univers era conectată la o singură structură imensă, numită membrană. Această nouă teorie a primit numele „Teoria M”, de la cuvântul „membrană”, şi a impulsionat din nou căutarea explicaţiei pentru toate lucrurile din univers.

Ce se ştie însă despre a 11-a dimensiune? S-a descoperit repede că ea se lungeşte la infinit, dar este foarte mică în lăţime, mai precis ea măsoară un milimetru împărţit la un 1 urmat de 20 de zerouri, după cum spune Burt Ovrut. Universul nostru membrană pluteşte în acest spaţiu misterios. Dar curând după emiterea teoriei M a apărut iarăşi o nouă idee, aceea că la capătul opus al dimensiunii 11 se află un alt „univers-membrană”, care pulsează.

Într-o clipă cercetătorii au fost cuprinşi de frenezia „universurilor paralele” existente în a 11-a dimensiune, care păreau să rezolve probleme vechi de secole. Iată cum arată aceste universuri paralele: fizicienii spun că ele variază în forme (de la binecunoscuta doughnut – gogoaşa cu gaură la mijloc, până la „coli de hârtie”), dimensiuni şi caracteristici: „Într-un alt univers protonul poate să fie instabil, caz în care atomii se pot dizolva, iar ADN-ul nu se poate forma şi astfel în aceste universuri nu poate exista viaţă inteligentă.

Poate că există o lume de electroni şi electricitate, poate un univers de fulgere şi neutrini, dar fără materie stabilă.” (cf. Michio Kaku). Dar dacă doar într-o fracţiune din aceste universuri se dezvoltă viaţa, vom avea un număr infinit de universuri paralele în care trăiesc civilizaţii.

Cea mai recentă noţiune introdusă de cercetători este cea a universului multiplu – în engleză: „multiverse” („multivers”).
Acesta „ar putea conţine un număr infinit de universuri, fiecare cu legi diferite ale fizicii. Probabil că în fiecare moment au loc Big Banguri.

Universul nostru coexistă cu alte membrane, alte universuri care sunt de asemenea în expansiune. S-ar putea ca universul nostru să nu fie decât un balon plutind într-un ocean de alte baloane.” (cf. Michio Kaku). Fizicienii mai fac încă un pas înainte şi îşi propun să creeze un univers nou în laborator. Alan Guth presupune că momentul în care vom crea universuri în pivniţa casei nu este chiar atât de departe şi de neconceput, iar procesul nu ar pune în pericol propriul univers în care trăim.