Ticiet vai nē, fiziķi vēlas to saglabāt vienkārši. Tāpēc daudzi zinātnieki, tostarp Alberts Einšteins, uzskata, ka fizika galu galā varētu saplūst vienā, visaptverošā paradigmā, kas apraksta Visumu – visa teorijā.
Ievadiet stīgu teoriju. Ļoti vispārīgi runājot, stīgu teorija ir matemātisks ietvars, kas punktveida daļiņas aizstāj ar viendimensionālām “stīgām” kā matērijas pamatelementiem. Sākotnēji tas tika ierosināts kā skaidrojums citai parādībai, wager ātri piesaistīja fiziķu uzmanību, kas strādā, lai apvienotu kvantu mehāniku un vispārējo relativitāti — divas ārkārtīgi veiksmīgas, vienlīdz derīgas teorijas, kas, kā zināms, nesaskan.
Pēc tam sekoja divas “superstīgu revolūcijas”, kurās tika gūti iespaidīgi panākumi, kartējot detaļas par to, kā stīgu teorija varētu aptvert mūsu Visuma sarežģītību. Stīgu teorijas degsme, protams, pārņēma populāras sarunas — 90. un 2000. gadu zinātnes entuziasti, es skatos uz jums —, veidojot slavenas dokumentālās filmas, piemēram, PBS. Elegants Visums un daudz populāru un akadēmisku grāmatu.
Tomēr līdz ar gadsimtu miju stīgu teorijas uzmanības centrā izbalēja. Patiešām, sabiedriskā doma ir nepastāvīga un neskaidra, un tas, ka neakadēmiķiem ir vienalga, nenozīmē, ka ideja ir mirusi. Tomēr, ja Google Ngram skatītājs ir kāds ceļvedis, stīgu teorijas ietekme pēdējo desmit gadu laikā ir mainījusies.
Tas ir jautājums, ko mēs uzdevām fiziķiem šim Giz Asks. Kas notika ar stīgu teoriju? Skaidrs, ka fiziķi nav atteikušies no teorijas par visu. Guess vai stīgu teorija ir vadošā kandidāte, ja tā kādreiz ir bijusi? Vai arī tagad ir labākas alternatīvas? Vai tā popularitāte un nozīme patiešām ir samazinājusies? Ja jā, kāpēc?
Tālāk norādītās atbildes, iespējams, ir nedaudz rediģētas un saīsinātas skaidrības labad.
Daniels Vaitsons
Daļiņu fiziķisKalifornijas Universitāte, Ērvina, un ATLAS sadarbība CERN.
Stīgu teorija nav mirusi! Galvenais iebildums ir tāds, ka tās prognozes attiecas uz lietām mikroskopiskā mērogā, kuras mēs vēl nevaram pārbaudīt, tāpēc tas nav sniedzis falsificējamu prognozi. Guess tas nenozīmē, ka nekad nebūs. Grupu teorija bija matemātiska zinātkāre gadsimtu, pirms mēs atklājām, ka tā ir būtiska, lai aprakstītu daļiņu fiziku un kvantu lauka teoriju. Es nevēlos klasificēt lietas kā “zinātne” vai “nav zinātne”, jo kas zina, kāda nerimtā zinātkāre novedīs pie atklājuma?
Džons H. Švarcs
Teorētiskais fiziķisKalifornijas Tehnoloģiju institūts; atklāja Green-Schwarz mehānismskas 1984. gadā aizdedzināja pirmo superstīgu revolūciju.
Tēma pacēlās [around 1984] un kopš tā laika ir bijis ļoti aktīvs. Ikgadējā stīgu teorija konferences joprojām ir spēcīgas un parasti tajās ir vairāki simti dalībnieku. […] Liela daļa teorētiskās daļiņu fizikas kopienas tagad ir pārliecināta, ka mēs esam uz pareizā ceļa, lai atklātu pareizo mūsu Visuma vienoto teoriju (un daudzi pretrunātāji ir nožēlojuši grēkus).
Tomēr mēs arī saprotam, ka vēl ir daudz kas jāsaprot, un var paiet ilgs laiks, lai iegūtu eksperimentālus pierādījumus šīs teorijas atbalstam.
Pīters Vaits
Matemātiķis un fiziķisKolumbijas universitāte; autors Pat nav nepareizi un tāda paša nosaukuma emuārs.
Ideja par stīgu teoriju kā jaunu fundamentālu vienotu teoriju ir mirusi jau ilgu laiku. Lai mazliet vienkāršotu, tam ir vajadzīgas desmit telpas-laika dimensijas, wager mēs redzam tikai četras, tāpēc jums ir jāatbrīvojas no sešām. Vienkārši scenāriji, kas to dara, neizskatās pēc reālās pasaules; sarežģīti var sniegt gandrīz jebko, tāpēc neko neprognozēt.
Pēdējā nagla zārkā bija negatīvi rezultāti LHC par supersimetriju, kas ir būtiska vairuma scenāriju sastāvdaļa un vienīgā lieta, ar kuru ir cerība tikt pamanītai eksperimentāli. Termins “stīgu teorija” ir ticis lietots, lai apzīmētu milzīgu dažādu ideju klāstu, kas radās, mēģinot izveidot vienotu teoriju. Lielākā daļa “stīgu teorētiķu” tagad strādā nevis pie neveiksmīgās vienotās teorijas, wager gan ļoti atšķirīgām tēmām.
Tie ir radījuši dažas svarīgas jaunas idejas matemātikā, wager nav jauna ieskata fundamentālajā fizikā mūsu pasaulē. Jo īpaši, lai gan cilvēki pēta daudz “kvantu gravitācijas”, šīs ir teorijas, kas neizskaidro kvantu gravitāciju mūsu četrdimensiju pasaulē.
Tomass van Rīts
Teorētiskais fiziķisLēvenas Universitāte Beļģijā; specializējas supergravitācijā, stīgu teorijā, hologrāfijā un kosmoloģijā.
Jā, [string theory has diminished in popularity]. Iemesls ir tāds, ka pirms 20 gadiem zinātnes sniedzēji un grantu autori solīja debesis. Tam nekad nav bijusi jēga. Mēs arī zinājām pirms 20 gadiem, ka stīgu teorijai ir tā sauktā pamata stāvokļu ainava, un tāpēc tai nav unikālu prognožu.
Taču tā sauktās alternatīvas nemaz nevar konkurēt, un paliek socioloģiskās dinamikas mīkla, kā tās spēja sevi formulēt kā alternatīvas. Teikšu skaidrā, ir lieliski, ka cilvēki pēta citas iespējas. Guess vienkārši nav iemesla teikt, ka viņi ir panākuši gravitācijas kvantu mehānisko aprakstu.
Cilvēki saka, ka bez eksperimenta mēs nevaram nosaukt vienu teoriju par labāku par citu. Tas ir klaji nepareizi. Ir daudzas konsekvences pārbaudes, kuras ir smieklīgi grūti izturēt. Vai jūs varat aprēķināt melnā cauruma entropiju? Stīgu teorētiķi spēja to aprēķināt ļoti idealizētos apstākļos un reproducēja Hokinga slaveno melnā cauruma entropijas formulu!
Šeit zinātne var progresēt bez eksperimentālas ievades, un tas ir jautājums, ko filozofi lielākoties pārprot: fizikā mēs visu laiku pētām nefiziskas lietas… Guess tas nozīmē, ka jūs izveidojat idealizētus apstākļus, lai jūs varētu veikt aprēķinus un pārbaudīt sistēmu. Kvantu gravitācijā pati matemātiskās konsekvences nodošanas spēle ir tik spēcīga, ka tā liek teoriju meklējumiem gandrīz unikāli saplūst ar stīgām.
Tāpat stīgu teorija var būt tikai rotaļlietas modelis. Guess pat tas ir lieliski! Piemēram, šajā modelī es varu aplūkot telpu ar Lielā sprādziena singularitāti un pajautāt sev, kā šī teorija ar to tiek galā? Tai ir jāsniedz atbilde, jo tā ir matemātiski pilnīga teorija. Tātad tam ir jāpastāsta, kā izskatās laika sākums šajā (rotaļlietas?) modelī.
Karlo Rovelli
Teorētiskais fiziķisCentre de Physique Théorique de Luminy Francijā; Rovelli ir dibinātājs cilpas kvantu gravitācijakas konkurē ar stīgu teoriju.
Īpaši pēdējo 10 vai 5 gadu laikā lielajai fizikas sabiedrībai stīgu teorijas pievilcība ir ļoti mazinājusies. Trīs iemeslu dēļ. Pirmais ir tas, ka teorija ir norādījusi, ka var pārbaudīt vairākas fiziskas prognozes, piemēram, supersimetriskas daļiņas, ko var novērot [LHC]negatīva kosmoloģiskā konstante, mini melno caurumu radīšana daļiņu fizikas eksperimentos, Ņūtona likuma modifikācijas īsā mērogā utt. Neviena no šīm prognozēm nav izrādījusies pareiza.
Šīs atkārtotās neveiksmes pilnībā neiznīcina teoriju, kuru vienmēr var “pielāgot”, lai rūpētos par negatīvo rezultātu. Taču lielākajai daļai zinātnieku tie ir mazinājuši pārliecību par teoriju.
Otrs iemesls, iespējams, vēl svarīgāks, ir tas, ka teorija ieguva lielu uzmanību 80. un 90. gados, jo tā solīja atrisināt atklātus jautājumus daļiņu fizikā. Piemēram, standarta modeļa brīvo parametru aprēķināšana no pirmajiem principiem, lai saprastu, kāpēc ir trīs daļiņu paaudzes, kāpēc šīs konkrētās mērierīču grupas utt. Teorijai tas nekad nav izdevies. Šī neveiksme ir arī mazinājusi stīgu hipotēzes ticamību.
Trešais iemesls ir tas, ka pēc 50 gadiem mums vēl nav skaidri definēta stīgu teorijas formulējuma. Mums ir saistītu rezultātu savārstījums, wager nav skaidras vispārējas teorijas, ko definētu labi izveidots vienādojumu kopums.
Hiroši Oguri
Teorētiskais fiziķisKalifornijas Tehnoloģiju institūts; galvenais veicinātājs stīgu teorijas matemātikas attīstībā.
Apvienot kvantu mehāniku ar “vispārējo” relativitātes teoriju ir 25 reizes grūtāk nekā apvienot to ar “speciālo” relativitātes teoriju. […] Fiziķiem bija vajadzīgi 50 gadi, lai izstrādātu konkrētu modeli, kura pamatā ir kvantu lauka teorija, lai aprakstītu daļiņu fizikas parādības (standarta modelis), un vēl 40 gadi, lai apstiprinātu visas tā prognozes (Higsa bozona atklājums).
Tāpēc varētu apgalvot, ka būtu nepieciešami 1250 gadi, lai no stīgu teorijas izveidotu reālistisku Visuma modeli, un vēl 1000 gadi, lai to pārbaudītu eksperimentāli. Tagad es domāju, ka tas tiešām neaizņems tik ilgu laiku, wager tas parāda, cik sarežģīta ir problēma. Tāpēc es ceru, ka, panākot šādu apvienošanu, tiks iegūti 25 reizes atalgojošāki rezultāti un 25 reizes lielāka ietekme uz plašu fizikas un matemātikas spektru.
Pašlaik stīgu teorija ir vienīgā daudzsološā kandidāte apvienošanās sasniegšanai. Nevienam citam priekšlikumam nav salīdzināmas ietekmes uz plašu zinātņu loku vai matemātisko dziļumu. Tātad zināmā mērā mēs, teorētiskie fiziķi, attīstām valodu, lai izprastu dabu.
Viena lieta, ko es vēlos norādīt, ir tas, ka, protams, mūsu galvenais mērķis ir apvienot vispārējo relativitāti un kvantu mehāniku un pēc tam to pārbaudīt eksperimentāli. Es ceru, ka būs pozitīvs exams, wager, ja tas tiek noraidīts, tas ir arī zinātnes progress, tāpēc es to pieņemtu.
Cumrun Vafa
Teorētiskais fiziķisHārvardas universitāte; Vafa saņēma 2017. gada Izrāviena balvu fizikā par darbu, pielietojot stīgu teoriju melno caurumu un Visuma izpētē.
Puzles bieži nāk pa pāriem, katra kalpo kā risinājums otrai! Šķiet, ka tas šobrīd notiek fizikā. Divu grupu, DESI un DES, jaunākie kosmoloģiskie novērojumi savos 2024. un 2025. gada datos ir atklājuši pierādījumus tam, ka kosmoloģijas standarta modelis, kas paredz, ka tumšais sektors laika gaitā neizsīkst, neatbilst datiem. Šobrīd mūsu stīgu motivēts modelis ir labākais modelis, kas atbilst viņu datiem!
Paralēlā attīstībā Austrijā un ASV notiek eksperimenti, kuru mērķis ir tieši atklāt tumšo dimensiju [hypothetical extra dimension in string theory]… Šie eksperimenti notiek dažu gadu laikā pēc pirmo datu iegūšanas.
Tātad šķiet, ka gan liela mēroga kosmoloģiskie novērojumi, gan maza mēroga galda eksperimenti ir ceļā uz stīgu teorijas prognožu apstiprināšanu. Mēs varam būt liela zinātniska atklājuma sliekšņa priekšā. Mums vajadzētu iegūt skaidrāku priekšstatu 5–10 gadu laikā.
