Η θεωρία των χορδών θα μπορούσε να είναι το θεμέλιο της Κβαντομηχανικής

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καρολίνας, USC, έχουν προτείνει ότι υπάρχει μια σύνδεση μεταξύ της θεωρίας του πεδίου χορδών και της κβαντικής μηχανικής.

Η σύνδεση προυποθέτει ότι η θεωρία του πεδίου χορδών  είναι πλήρης συνεπής ορισμός της θεωρίας της κβαντομηχανικής και με αυτόν τον τρόπο βρίσκεται στη δομή της θεωρίας χορδών από την οποία αναδύεται η κβαντική μηχανική.

Τι είναι η θεωρία πεδίου των χορδών ;


Η θεωρία του πεδίου χορδών (SFT) είναι ένας φορμαλισμός (μια περιγραφή της με τυπικούς μαθηματικούς όρους) της θεωρίας των χορδών, όπου η δυναμική των σχετικιστικών χορδών διατυπώνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να προσαρμόζεται στους μηχανισμούς της κβαντικής θεωρίας πεδίου (QFT), ένα θεωρητικό πλαίσιο στο οποίο τα μοντέλα της κβαντικής μηχανικής  των υποατομικών σωματιδίων και των ημισωματίδιων (quasiparticles) κατασκευάζονται.


Η θεωρία περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων από την άποψη (μέσω) των αντίστοιχων υποκείμενων πεδίων που είναι γνωστά ως κβαντικά πεδία. Για παράδειγμα, η κβαντική ηλεκτροδυναμική (QED) έχει ένα πεδίο ηλεκτρονίων και ένα πεδίο φωτονίων. Η κβαντική χρωμοδυναμική (QCD) έχει ένα πεδίο για κάθε τύπο κουάρκ. Στη φυσική συμπυκνωμένης ύλης, υπάρχει ένα πεδίο ατομικής μετατόπισης (μετατόπιση ατόμων του πλέγματος του υλικού) που δημιουργεί φωνόνια (τα κβάντα της ενέργειας δόνησης του ατομικού πλέγματος).


Η κβαντική θεωρία πεδίου είναι μια πολύ δύσκολη θεωρία για να κατανοηθεί, και έχει χαρακτηριστεί έτσι πολλές φορές από πολλούς διάσημους φυσικούς, περισσότερο αξιοσημείωτα από τον Edward Witten, ο οποίος ήταν ο πρώτος φυσικός που του απονεμήθηκε ένα μετάλλιο Fields από την εργασία του στην ανάπτυξη της θεωρίας των χορδών, της κβαντικής βαρύτητας, των υπερσυμμετρικών κβαντικών θεωριών πεδίου, καθώς και σε άλλους τομείς της μαθηματικής φυσικής.


Αναδιατυπώνοντας την θεωρία των χορδών από την άποψη της κβαντικής θεωρίας πεδίου, είναι ως εκ τούτου ένα βαρυσήμαντο έργο, λόγω της δυσκολίας του, αλλά και της ζωτικής του σημασίας.

      
"Αυτό θα μπορούσε να λύσει το μυστήριο της προέλευσης της κβαντομηχανικής», δήλωσε ο Itzhak Bars, καθηγητής και επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας.

Τι κάνουν οι ερευνητές;


Η συμβατική μέθοδος για να αποδείξει κανείς τη θεωρία πεδίου χορδών, είναι με τη χρήση της κβαντικής μηχανικής. Ωστόσο, οι ερευνητές εργάστηκαν ανάποδα, χρησιμοποιώντας τη θεωρία πεδίου χορδών για να αποδείξουν την κβαντομηχανική. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ένα σύνολο θεμελιωδών κβαντομηχανικών αρχών, που ονομάζονται κανόνες εναλλαγής ή μετάθεσης, ίσως μπορούν να προέλθουν από την γεωμετρία των χορδών που ενώνονται και διαχωρίζονται.


"Το επιχείρημά μας μπορεί να παρουσιαστεί σε μια εξαιρετικά απλοποιημένη μαθηματική δομή," είπε ο Μπαρς. "Το βασικό συστατικό είναι η παραδοχή ότι όλη η ύλη αποτελείται από χορδές και ότι η μόνη δυνατή αλληλεπίδραση είναι η ένωση και ο διαχωρισμός τους, όπως προσδιορίζεται και καθορίζεται στην δική τους εκδοχή της θεωρίας πεδίου χορδών".


Η ιστορία της θεωρίας χορδών


Μπορούμε να περιγράψουμε πώς η βαρύτητα κυβερνά το ηλιακό μας σύστημα, τους γαλαξίες, ολόκληρα γαλαξιακά σμήνη, ακόμα και το πώς τα αεροπλάνα λειτουργούν με τη νευτώνεια φυσική. Μπορούμε επίσης να περιγράψουμε γιατί υπάρχει μια εμφανής διαστολή του χρόνου μεταξύ δύο παρατηρητών που κινούνται σχετικά μεταξύ τους με τη χρήση της θεωρίας της σχετικότητας. Μπορούμε ακόμη και να περιγράψουμε γιατί υπάρχει μια βαρυτική διαστολή του χρόνου μεταξύ παρατηρητών σε διαφορετικής έντασης βαρυτικά πεδία. Ωστόσο, σε μια απειροελάχιστη μικροσκοπική κλίμακα, οι φυσικοί χρησιμοποιούν τη σχετικιστική κβαντική θεωρία πεδίου για να περιγράψουν τις αλληλεπιδράσεις των υποατομικών σωματιδίων και τις διάφορες δυνάμεις μέσα από τις οποίες αλληλεπιδρούν. Αυτή η περιοχή της φυσικής είναι πολύ δύσκολο να κατανοηθεί και επί του παρόντος, δεν υπάρχει μια ενιαία θεωρία που μπορεί να εξηγήσει όλα τα φυσικά φαινόμενα και τις αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν στο παρατηρήσιμο σύμπαν.


Οι φυσικοί έχουν ξοδέψει δεκαετίες προσπαθώντας να ενώσουν την κβαντομηχανική με τη γενική σχετικότητα σε μια προσπάθεια να καταλάβουν περισσότερα για το γιατί λειτουργούν στους δικούς τους αντίστοιχους τομείς. Η θεωρία των χορδών προτάθηκε για πρώτη φορά πριν από περισσότερα από 40 χρόνια στη δεκαετία του 1970, και έλυσε ασυνέπειες της κβαντικής βαρύτητας, προτείνοντας ότι η ύλη στη μικρότερή της κλίμακα είναι μια χορδή, σε αντίθεση με την πεποίθηση ότι ήταν ένα σημείο (σωματίδιο).


Τώρα, οι φυσικοί ακόμη προσπαθούν να κατανοήσουν τη μηχανική της θεωρίας των χορδών, η οποία απαιτεί πολύ διαφορετικές αρχικές συνθήκες για να λειτουργήσει, όπως επιπλέον διαστάσεις και γεύσεις.


Πώς μπορεί αυτό να συμβάλει στην επιστήμη;


Αν και η έρευνα που διεξάγεται στη θεωρία χορδών, στην κβαντική θεωρία πεδίου και στα παρόμοια δεν είναι πάντα αντιληπτή ως η πλέον εφαρμόσιμη στον πραγματικό κόσμο, η έρευνα από μόνη της είναι πραγματικά πάρα πολύ σημαντική για την κατανόηση της ίδιας της δομής του σύμπαντος μας.


Η κβαντομηχανική είναι ωστόσο πολύ επιτυχής ως μοντέλο για να περιγράψει τους μηχανισμούς των μικροσκοπικών σωματιδίων και δυνάμεων, αλλά περιέχει και ένα πολύ μεγάλο μυστήριο.


"Οι κανόνες εναλλαγής ή μετάθεσης δεν έχουν εξήγηση από μια πιο θεμελιώδη προοπτική, αλλά έχουν επιβεβαιωθεί πειραματικά ως τις μικρότερες αποστάσεις που διερευνώνται από τους ισχυρότερους επιταχυντές. Προφανώς οι κανόνες είναι σωστοί, αλλά εκλιπαρούν για μια εξήγηση της προέλευσής τους σε ορισμένα φυσικά φαινόμενα τα οποία είναι ακόμη πιο βαθιά », είπε ο Μπαρς.


Δεν υπάρχουν κανόνες μετάθεσης ή εναλλαγής που μπορούν να περιγράψουν και να προβλέψουν την αβεβαιότητα της κβαντικής κατάστασης των σωματιδίων  σε κάθε σημείο του σύμπαντος.


Η κβαντική φυσική κρατά το κλειδί για να ξεκλειδώσουμε τις πόρτες της ύπαρξής μας: χωρίς έρευνα για την κβαντική φυσική, δεν θα μαθαίναμε ποτέ γιατί τα σωματίδια φαίνονται να είναι σε δύο μέρη ταυτόχρονα, ή γιατί τα σωματίδια φαίνονται να ταξιδεύουν και να δανείζονται ενέργεια δια μέσω του χρόνου. Δεν θα γνωρίζαμε γιατί οι μαύρες τρύπες φαίνεται να εκπέμπουν ακτινοβολία ή γιατί το υπέρψυχρο πυρίτιο μπορεί να αιωρείται πάνω από τους μαγνήτες.


Χρειαζόμαστε έρευνα σε αυτούς τους τομείς για να αξιοποιήσουμε τα αφάνταστα θεωρητικά και τεχνολογικά θαύματα που το σύμπαν έχει ακόμα να προσφέρει. Ερευνητές όπως ο Itzhak Bars και Dmitry Rychkov κρατούν τη δίψα της ανθρωπότητας για γνώση του αγνώστου ζωντανή, και μαζί με αυτή, την προοπτική της απελευθέρωσης ακόμη ενός από τα μυστήρια του σύμπαντος. (πληρ.από fromquarkstoquasars)

Andreas Apollon El
thecuriosityofcat

Σχόλια

Δημοφιλείς αναρτήσεις