Nadharia ya mfuatano mkuu, katika lugha maarufu, inawakilisha ulimwengu kama mkusanyiko wa nishati zinazotetemeka - nyuzi. Wao ni msingi wa asili. Hypothesis pia inaelezea vipengele vingine - branes. Maada zote katika ulimwengu wetu zimeundwa na mitetemo ya nyuzi na nyuzi. Matokeo ya asili ya nadharia ni maelezo ya mvuto. Ndiyo maana wanasayansi wanaamini kwamba ina ufunguo wa kuunganisha nguvu ya uvutano na nguvu nyinginezo.
Dhana inayoendelea
Nadharia iliyounganishwa ya uga, nadharia ya mfuatano mkuu, ni ya kihisabati pekee. Kama dhana zote za kimaumbile, inategemea milinganyo ambayo inaweza kufasiriwa kwa njia fulani.
Leo hakuna anayejua toleo la mwisho la nadharia hii litakuwa nini. Wanasayansi wana wazo lisilo wazi la vipengele vyake vya jumla, lakini hakuna mtu ambaye bado amekuja na equation ya uhakika ambayo inaweza kufunika nadharia zote za superstring, na kwa majaribio bado haijaweza kuithibitisha (ingawa si kukanusha pia). Wanafizikia wameunda matoleo yaliyorahisishwa ya mlinganyo, lakini kufikia sasa haielezi kabisa ulimwengu wetu.
Nadharia ya Usupa kwa Wanaoanza
Hapothesia inategemea mawazo matano muhimu.
- Nadharia ya mfuatano mkuu inatabiri kuwa vitu vyote katika ulimwengu wetu vimeundwa na nyuzi zinazotetemeka na utando wa nishati.
- Anajaribu kuchanganya uhusiano wa jumla (mvuto) na fizikia ya quantum.
- Nadharia ya uzi utaunganisha nguvu zote za kimsingi za ulimwengu.
- Nadharia hii inatabiri muunganisho mpya, ulinganifu wa hali ya juu, kati ya aina mbili tofauti za chembe, vifua na viini.
- Dhana inaelezea idadi ya vipimo vya ziada, kwa kawaida visivyoweza kuzingatiwa vya Ulimwengu.
Nyeti na nyuzi
Nadharia ilipoibuka katika miaka ya 1970, nyuzi za nishati ndani yake zilizingatiwa kuwa vitu vyenye mwelekeo 1 - nyuzi. Neno "dimensional moja" linamaanisha kwamba kamba ina mwelekeo 1 tu, urefu, tofauti, kwa mfano, mraba, ambayo ina urefu na urefu.
Nadharia inagawanya tungo hizi kuu katika aina mbili - zilizofungwa na zilizofunguliwa. Kamba iliyo wazi ina ncha ambazo hazigusani, wakati kamba iliyofungwa ni kitanzi kisicho na ncha wazi. Kwa sababu hiyo, ilibainika kuwa nyuzi hizi, zinazoitwa nyuzi za aina ya kwanza, zinakabiliwa na aina 5 kuu za mwingiliano.
Maingiliano yanatokana na uwezo wa mfuatano kuunganisha na kutenganisha ncha zake. Kwa kuwa miisho ya mifuatano iliyofunguliwa inaweza kuunganishwa na kuunda mifuatano iliyofungwa, haiwezekani kuunda nadharia ya mfuatano mkuu ambayo haijumuishi nyuzi zilizofungwa.
Hii imegeuka kuwa muhimu, kwa vile minyororo iliyofungwa ina sifa, wanafizikia wanaamini, hiyo inaweza kuelezea mvuto. Kwa maneno mengine, wanasayansiiligundua kuwa nadharia ya mfuatano mkuu, badala ya kueleza chembechembe za mata, inaweza kueleza tabia na mvuto wao.
Baada ya miaka mingi, iligunduliwa kuwa, pamoja na masharti, vipengele vingine ni muhimu kwa nadharia. Wanaweza kuzingatiwa kama shuka, au kamba. Minyororo inaweza kuunganishwa kwa upande mmoja au pande zote mbili.
Quantum mvuto
Fizikia ya kisasa ina sheria kuu mbili za kisayansi: relativity ya jumla (GR) na quantum. Wanawakilisha nyanja tofauti kabisa za sayansi. Fizikia ya Quantum inasoma chembe ndogo zaidi za asili, na GR, kama sheria, inaelezea asili kwa sayari, galaksi na ulimwengu kwa ujumla. Nadharia zinazojaribu kuziunganisha zinaitwa nadharia za mvuto wa quantum. Ya kuahidi zaidi kati yao leo ni kamba.
Nyezi zilizofungwa zinalingana na tabia ya uvutano. Hasa, zina sifa za graviton, chembe inayobeba mvuto kati ya vitu.
Vikosi vya Kujiunga
Nadharia ya mfuatano hujaribu kuchanganya nguvu hizo nne - sumakuumeme, nguvu za nyuklia zenye nguvu na dhaifu, na mvuto - kuwa moja. Katika ulimwengu wetu, zinajidhihirisha kama matukio manne tofauti, lakini wananadharia wa tungo wanaamini kwamba katika ulimwengu wa mapema, wakati kulikuwa na viwango vya juu sana vya nishati, nguvu hizi zote hufafanuliwa kwa kamba zinazoingiliana.
Supersymmetry
Chembechembe zote katika ulimwengu zinaweza kugawanywa katika aina mbili: bosons na fermions. Nadharia ya kambaanatabiri kuwa kuna uhusiano kati yao, inayoitwa supersymmetry. Katika supersymmetry, kuna lazima iwe na fermion kwa kila kifua na boson kwa kila fermion. Kwa bahati mbaya, uwepo wa chembe kama hizo haujathibitishwa kwa majaribio.
Supersymmetry ni uhusiano wa hisabati kati ya vipengele vya milinganyo halisi. Iligunduliwa katika eneo lingine la fizikia, na matumizi yake yalisababisha kubadilishwa jina kwa nadharia ya uzi wa ulinganifu (au nadharia ya uzi, kwa lugha maarufu) katikati ya miaka ya 1970.
Mojawapo ya faida za ulinganifu mkubwa ni kwamba hurahisisha milinganyo kwa kuruhusu baadhi ya vigeu kuondolewa. Bila ulinganifu wa hali ya juu, milinganyo husababisha ukinzani kimwili kama vile thamani zisizo na kikomo na viwango vya kufikiria vya nishati.
Kwa sababu wanasayansi hawajaona chembe zilizotabiriwa na ulinganifu wa hali ya juu, bado ni dhana. Wanafizikia wengi wanaamini kuwa sababu ya hii ni hitaji la kiasi kikubwa cha nishati, ambacho kinahusiana na wingi na equation maarufu ya Einstein E=mc2. Chembechembe hizi zingeweza kuwepo katika ulimwengu wa awali, lakini ilipopoa na nishati kuenea baada ya Big Bang, chembe hizi zilihamia viwango vya chini vya nishati.
Kwa maneno mengine, nyuzi ambazo zilitetemeka kama chembe zenye nishati nyingi zilipoteza nishati, na kuzigeuza kuwa vipengele vya mtetemo mdogo.
Wanasayansi wanatumai kuwa uchunguzi wa unajimu au majaribio ya vichapuzi chembe yatathibitisha nadharia hiyo kwa kufichua baadhi ya vipengele vya ulinganifu wa juu zaidinishati.
Vipimo vya ziada
Tokeo lingine la hisabati la nadharia ya uzi ni kwamba inaleta maana katika ulimwengu wenye zaidi ya vipimo vitatu. Kwa sasa kuna maelezo mawili ya hili:
- Vipimo vya ziada (sita kati yake) vimeporomoka, au, katika istilahi ya nadharia ya uzi, imeunganishwa hadi saizi ndogo sana ambazo hazitatambulika kamwe.
- Tumekwama kwenye chembechembe za 3D, na vipimo vingine vinaenea zaidi yake na hatuwezi kuzifikia.
Mstari muhimu wa utafiti miongoni mwa wananadharia ni uundaji wa hisabati wa jinsi viwianishi hivi vya ziada vinaweza kuhusiana na vyetu. Matokeo ya hivi punde yanatabiri kuwa hivi karibuni wanasayansi wataweza kugundua vipimo hivi vya ziada (kama vipo) katika majaribio yajayo, kwani huenda vikawa vingi kuliko ilivyotarajiwa awali.
Kuelewa madhumuni
Lengo ambalo wanasayansi hujitahidi kufikia wakati wa kuchunguza mifuatano mikuu ni "nadharia ya kila kitu", yaani, dhana moja ya kimaumbile inayoelezea uhalisi wote wa kimaumbile katika kiwango cha kimsingi. Ikifaulu, inaweza kufafanua maswali mengi kuhusu muundo wa ulimwengu wetu.
Ufafanuzi wa jambo na uzito
Jukumu moja kuu la utafiti wa kisasa ni kutafuta suluhu za chembe halisi.
Nadharia ya mfuatano ilianza kama dhana inayoelezea chembechembe kama vile hadroni katika hali mbalimbali za juu za mtetemo wa mfuatano. Katika uundaji wa kisasa zaidi, jambo hilo lilizingatiwa katika yetuulimwengu, ni matokeo ya mitetemo ya nyuzi na nyuzi zenye nishati ya chini kabisa. Mitetemo ya juu zaidi huzalisha chembe za nishati ya juu ambazo hazipo katika ulimwengu wetu kwa sasa.
Uzito wa chembe hizi msingi ni dhihirisho la jinsi nyuzi na chembe zinavyofungwa katika vipimo vilivyounganishwa vya ziada. Kwa mfano, katika hali iliyorahisishwa ambapo zimekunjwa katika umbo la donati, linaloitwa torasi na wanahisabati na wanafizikia, kamba inaweza kukunja umbo hili kwa njia mbili:
- kitanzi kifupi kupitia katikati ya torasi;
- kitanzi kirefu kuzunguka mduara mzima wa nje wa torasi.
Kitanzi kifupi kitakuwa chembe nyepesi, na kitanzi kikubwa kitakuwa kizito. Kufunga kamba katika vipimo vilivyounganishwa vya toroidal hutoa vipengele vipya vilivyo na misa tofauti.
Nadharia ya mfuatano mkuu kwa ufupi na kwa uwazi, kwa urahisi na umaridadi hufafanua mpito wa urefu kuwa wingi. Vipimo vilivyokunjwa hapa ni ngumu zaidi kuliko torasi, lakini kimsingi vinafanya kazi kwa njia ile ile.
Inawezekana, ingawa ni vigumu kufikiria, kwamba kamba huzunguka torasi katika pande mbili kwa wakati mmoja, na kusababisha chembe tofauti na molekuli tofauti. Tamba pia zinaweza kufunika vipimo vya ziada, na hivyo kuunda uwezekano zaidi.
Kuamua nafasi na wakati
Katika matoleo mengi ya nadharia ya mfuatano mkuu, vipimo huporomoka, na kuvifanya kutoonekana katika kiwango cha sasa cha ukuzaji wa teknolojia.
Kwa sasa haijabainika iwapo nadharia ya uzi inaweza kueleza asili ya kimsingi ya nafasi na wakati.zaidi ya Einstein alivyofanya. Ndani yake, vipimo ni usuli wa mwingiliano wa mifuatano na hazina maana halisi huru.
Maelezo yametolewa, ambayo hayajatengenezwa kikamilifu, kuhusu uwakilishi wa muda wa nafasi kama kitoweo cha jumla ya mwingiliano wote wa mifuatano.
Njia hii hailingani na mawazo ya baadhi ya wanafizikia, ambayo yalisababisha ukosoaji wa nadharia tete. Nadharia shindani ya mvuto wa quantum ya kitanzi hutumia ukadiriaji wa nafasi na wakati kama kianzio. Wengine wanaamini kuwa itaishia kuwa mbinu tofauti tu ya nadharia ile ile ya msingi.
Ukadiriaji wa mvuto
Mafanikio makuu ya nadharia hii, ikiwa itathibitishwa, itakuwa nadharia ya quantum ya mvuto. Maelezo ya sasa ya mvuto katika uhusiano wa jumla hayawiani na fizikia ya quantum. Mwisho, kwa kuweka vizuizi kwa tabia ya chembe ndogo, husababisha kinzani wakati wa kujaribu kuchunguza Ulimwengu kwa kiwango kidogo sana.
Muungano wa vikosi
Kwa sasa, wanafizikia wanajua nguvu nne za kimsingi: mvuto, sumakuumeme, mwingiliano hafifu na nguvu wa nyuklia. Inafuata kutokana na nadharia ya mfuatano kwamba zote zilikuwa maonyesho ya moja.
Kulingana na dhana hii, tangu ulimwengu wa mapema ulipopoa baada ya mshindo mkubwa, mwingiliano huu mmoja ulianza kugawanyika na kuwa tofauti zinazoendelea leo.
Majaribio ya juu ya nishati siku moja yataturuhusu kugundua muungano wa nguvu hizi, ingawa majaribio kama haya ni zaidi ya maendeleo ya sasa ya teknolojia.
Chaguo tano
Baada ya mapinduzi ya miondoko ya nguvu mwaka wa 1984, maendeleo yalifanywa kwa kasi ya homa. Kama matokeo, badala ya dhana moja, kulikuwa na aina tano, zilizopewa jina I, IIA, IIB, HO, HE, ambayo kila moja yao karibu ilielezea ulimwengu wetu, lakini sio kabisa.
Wanafizikia, wakipanga matoleo ya nadharia ya uzi kwa matumaini ya kupata fomula ya kweli ya wote, wameunda matoleo 5 tofauti yanayojitosheleza. Baadhi ya sifa zao zilionyesha hali halisi ya kimwili ya ulimwengu, nyingine hazikulingana na hali halisi.
M-nadharia
Kwenye mkutano mwaka wa 1995, mwanafizikia Edward Witten alipendekeza suluhisho la kijasiri kwa tatizo la dhana tano. Kulingana na uwili huo mpya uliogunduliwa, zote zikawa kesi maalum za dhana moja kuu, inayoitwa nadharia ya Witten ya M-superstrings. Mojawapo ya dhana zake kuu ilikuwa brane (fupi kwa utando), vitu vya msingi vyenye zaidi ya 1 mwelekeo. Ingawa mwandishi hakutoa toleo kamili, ambalo bado halijapatikana, nadharia ya M-superstrings kwa ufupi inajumuisha vipengele vifuatavyo:
- dimensional 11 (nafasi 10 pamoja na kipimo cha wakati 1);
- uwili unaopelekea nadharia tano kueleza ukweli sawa wa kimwili;
- nyuzi ni nyuzi zenye zaidi ya kipimo 1.
Matokeo
Kwa sababu hiyo, badala ya moja, kulikuwa na suluhu 10500. Kwa wanafizikia wengine, hii ilisababisha shida, wakati wengine walikubali kanuni ya anthropic, ambayo inaelezea mali ya ulimwengu kwa uwepo wetu ndani yake. Inabakia kuonekana wakati wananadharia watapata mwinginenjia ya uelekeo katika nadharia ya mfuatano mkuu.
Baadhi ya tafsiri zinapendekeza kuwa si ulimwengu wetu pekee. Matoleo makali zaidi yanaruhusu kuwepo kwa idadi isiyo na kikomo ya malimwengu, ambayo baadhi yake yana nakala zetu halisi.
Nadharia ya Einstein inatabiri kuwepo kwa nafasi iliyojikunja, inayoitwa shimo la minyoo au daraja la Einstein-Rosen. Katika kesi hii, maeneo mawili ya mbali yanaunganishwa na kifungu kifupi. Nadharia ya Superstring hairuhusu hii tu, bali pia uunganisho wa sehemu za mbali za ulimwengu unaofanana. Inawezekana hata kubadili kati ya ulimwengu na sheria tofauti za fizikia. Hata hivyo, kuna uwezekano kwamba nadharia ya quantum ya mvuto itafanya kuwepo kwao kutowezekana.
Wanafizikia wengi wanaamini kwamba kanuni ya holografia, wakati taarifa zote zilizomo katika ujazo wa nafasi zinalingana na taarifa iliyorekodiwa kwenye uso wake, itaruhusu uelewa wa kina wa dhana ya nyuzi za nishati.
Baadhi wanaamini kuwa nadharia ya mfuatano mkuu inaruhusu vipimo vingi vya wakati, jambo ambalo linaweza kusababisha kusafiri kupitia hivyo.
Kwa kuongeza, ndani ya mfumo wa nadharia, kuna njia mbadala ya mtindo wa mlipuko mkubwa, kulingana na ambayo ulimwengu wetu ulionekana kama matokeo ya mgongano wa chembe mbili na hupitia mizunguko ya mara kwa mara ya uumbaji na uharibifu.
Hatima ya mwisho ya ulimwengu daima imekuwa ikichukua wanafizikia, na toleo la mwisho la nadharia ya uzi litasaidia kubainisha msongamano wa maada na salio la ulimwengu. Wakijua maadili haya, wataalamu wa ulimwengu wanaweza kuamua ikiwa ulimwengu utaamuapunguza mpaka ilipuka ili uanze upya.
Hakuna anayejua nadharia ya kisayansi inaweza kuongoza hadi iendelezwe na kufanyiwa majaribio. Einstein, akiandika mlinganyo E=mc2, hakutarajia kwamba ingesababisha kutokea kwa silaha za nyuklia. Waundaji wa fizikia ya quantum hawakujua kuwa itakuwa msingi wa kuunda laser na transistor. Na ingawa haijajulikana bado dhana kama hiyo ya kinadharia itasababisha nini, historia inaonyesha kwamba kitu bora hakika kitatokea.
Kwa mengi zaidi kuhusu dhana hii, angalia Nadharia ya Superstring ya Andrew Zimmerman ya Dummies.
