Stringiteooria (0)

Tallinna Tehnikaülikool
Matemaatika -loodusteaduskond
STRINGITEOORIA
Referaat
Koostas: Nele Sergejeva, xxxxxxYASB
Tallinn 2011

Lühiülevaade stringiteooriast

Stringiteooria on uurimisala osakeste füüsikas, mille eesmärk on ühendada kvantmehaanika ja üldrelatiivsusteooria. Kuna teooriat ei ole seni veel otseselt suudetud katseliselt tõestada, arvavad paljud teadlased, et tegu on pigem filosoofia kui teadusega . Sellegipoolest on tehtud katseid, mis kaudselt tõestavad stringiteooriat.
Stringiteooria eeldab, et aatomis olevad kvargid ja elektronid ei ole 0-mõõtmelised objektid, vaid koosnevad pigem 1-mõõtmelised võnkuvad joontest (stringidest), mille ainsaks dimensiooniks on pikkus. Nende stringide võnkumine annabki jälgitavatele osakestele nende omadused, laengu, massi ja spinni.
Stringil võivad olla otsad lahti (nimetatakse avatud stringiks) või omavahel ühendatud (nimetatakse kinniseks stringiks). Osake hõivab igal hetkel ühe ruumipunkti. Seetõttu on tema teekond aegruumis esitatav joonena (maailmajoon). String seevastu hõivab iga hetkel ruumis ühe joone. Tema teekond aegruumis on aga esitatav pinnana ehk maailmalehena. (Igat punkti sellisel maailmalehel iseloomustavad kaks suurust: aeg ja asukoht stringil.) Avatud stringi maailmaleht kujutab endast riba, mille ääred märgivad stringi otste liikumist aegruumis. Kinnise stringi maailmaleht on aga toru või silindri kujuline, lõik sellest torust on ring, see esitab stringi ühel ajahetkel.
Seda, mida varem kujutati osakestena, kirjeldatakse stringiteoorias lainetena, mis on tekkinud stringi võnkumisest. Ühe osakese kiirgamine või neelamine teise poolt on stringiteooria järgi vastavalt kas kahe stringi ühinemine või jagunemine.
Üks stringiteooriate suuremaid probleeme on see, et ta nad on kooskõlalised ainult siis, kui maailmaruumil on nelja asemel kas 10 või 26 mõõdet. Arvatavasti on need lisamõõtmed kokku kõverdunud üliväikesesse ruumi. Seetõttu me lihtsalt ei märka neid ja tunnetame ainult üht aja- ja kolme ruumimõõdet.
Stringiteooriaid on mitmeid, need erinevad selle poolest, millised omadused stringidel olla võivad. Kui uurida, kuidas kümnest aegruumi dimensioonist saada neli, siis teooriate arv kasvab, sest on olemas väga palju võimalusi selleks, et kuus muud dimensiooni oleks nendest neljast kõvasti väiksemad. Viimasel ajal on stringiteooriate hulk ka vähenenud, sest on selgunud , et mida seni on peetud erinevateks teooriateks, on tegelikult sama teooria erineva nurga alt.
Enne 1990. Aastate keskpaika selgus, et on olemas viis erinevat stringiteooriat, mis pole omavahel seoses ja on kõik erinevad.
Stringiteooriad
Teooria tüüp
Aegruumi dimensioonid
Detailid
Bosonite stringiteooria
26
Ainult bosonid, fermione ei ole, see tähendab, ainult jõud, ainet ei ole, nii avatud kui ka suletud stringidega. Suur viga teoorias : tahhüon, imaginaarse massiga osake, mis näitab ebastabiilsust teoorias.
I
10
Supersümmeetria osakeste ja aine vahel, nii avatud kui suletud stringid , tahhüoni pole, grupi sümmeetria on SO(32)
IIA
10
Supersümmeetria osakeste ja aine vahel, ainult suletud stringid, mis on seotud D-braanidega, massitud fermionid ei ole käelised.
IIB
10
Supersümmeetria osakeste ja aine vahel, ainult suletud stringid, mis on seotud D-braanidega, massitud fermionid on käelised.
HO
10
Supersümmeetria osakeste ja aine vahel, ainult suletud stringid, heteroosne, st paremale ja vasakule liikuvad stringid on erinevad, grupi sümmeetria on SO(32)
HE
10
Supersümmeetria osakeste ja aine vahel, ainult suletud stringid, heteroosne, st paremale ja vasakule liikuvad stringid on erinevad, grupi sümmeetria on E8×E8
Duaalsused näitavad, et kõik viis tooriat kirjeldavad ühte ja sama füüsikalist pilti ning seda, et nad on füüsikaliselt ekvivalentsed supergravitatsiooniga. Ei saa aga öelda, et superstringid oleksid põhjapanevamad kui gravitatsioon , või ka vastupidi. Pigem on nad ühe ja sama teooria, M-teooria, erinevad väljandusvormid, seejuures kumbki sobivaim teavate erinevate arvutuste tegemiseks. Kuna stringiteooriad ei sisalda lõpmatusi, kõlbavad nad hästi selleks, et arvutada, mis juhtub, kui mõned suure energiaga osakesed põrkavad kokku ja hajuvad üksteisel. Teisalt pole neist kasu, et kirjeldada, kuidas tohutu hulga osakeste energia kõverdab Universumit või moodustab sellise suletud oleku nagu must auk. Selleks otstarveks on vaja supergravitatsiooni, mis pole oma omaduselt midagi muud kui Einsteini kõvera aegruumi teooria mõne lisandusega.

Stringiteooria ajalugu

1921. aasta – Kaluza- Kleini teooria
Kõikehõlmavas teoorias saab elektromagnetismi tuletada gravitatsioonist juhul kui on olemas neli ruumidimensiooni kolme asemel ja see neljas on kõverdunud pisikeseks ringiks. Kaluza ja Klein tegid selle avastuse kumbki iseseisvalt.
1970. aasta – Stringiteooria sünd
Kolm osakeste teoreetikut avastavad iseseisvalt, et 1968. aastal välja arendatud kaksikteooriad, mida kasutati osakeste spektri kirjeldamiseks kirjeldavad ka võnkuvate stringide kvantmehaanikat. See märgib stringiteooria ametlikku sündi.
1971 . aasta – Supersümmeetria
Supersümmeetria leiutati korraga kahes kontekstis: tavalises osakeste välja teoorias ja ka fermionide stringiteooriasse toomise tagajärjena. See tõotab lahendada mitmeid probleeme osakeste teoorias, kuid vajab võrdset arvu fermione ja bosoneid, nii et see ei saa olla täpne looduslik sümmeetria.
1974. aasta – Gravitonid
Suletud stringe kasutav stringiteooria ei suuda kujutada hadronite füüsikat, sest teise taseme ergastatud spinnil ei ole massi. Viimane teeb selle ideaalseks kandidaadiks seni puudunud kvantgravitatsiooni teooria kohale. See avastus märgib stringiteooria potentsiaalse ühendatud teooriana käsitlemise algust.
1976. aasta – Supergravitatsioon
Supersümmeetria kombineeritakse gravitatsiooniga, saadakse supergravitatsioon. See progress on eriti tähtis stringiteoorias, kus gravitatsiooni ei saa eraldada ergastusspektrist.
1980. aasta – Superstringid
Stringiteooria ja supersümmeetria ühendamine viib ergastusspektrini, millel on võrdne arv fermione ja bosoneid, mis näitab, et stringiteooria saab teha täiesti supersümmeetriliseks. Saadud objekte nimetatakse superstringiteks
1984. aasta - Suur aasta
See oli stringiteooria jaoks oluline aasta. Avastati, et anomaaliad, mis ähvardasid teooria mõttetuks muuta, välistavad teineteist, kui teooria aluseks olevad sümmeetriad kuuluvad kahte erilisse gruppi. Lõpuks aktsepteeritakse stringiteooriat ka füüsikateadlaste hulgas üldiselt kandidaadina teooriaks, mis ühendab kvantmehaanika, osakeste füüsika ja gravitatsiooni.
1991.-1995. aasta – Kahelisuse revolutsioon
Töö stringiliste mustade aukudega kõrgemates dimensioonides viib revolutsioonini arusaamises, kuidas stringiteooria erinevad versioonid on seotud läbi kahelisuse transformatsioonide. See võimaldab progressi sügavama häirimatu pildi saamiseks stringiteoorias.
1996. aasta – Mustade aukude entroopia
Kasutades Einsteini relatiivsust ja Hawkingi radiatsiooni, leiti vihjeid, et mustadel aukudel on termodünaamilised väärtused, mida peab uurima mikroskoopiliselt. Mustade aukude termodünaamika mikroskoopiline päritolu põhjendatakse lõpuks stringiteoorias. Stringiteooria heidab valgust kogu mustade aukude kvantmehhaanika segadusseajavale teemale.

Kasutatud kirjandus

• http://www.ted.com/talks/brian_greene_on_string_theory.html
  
• http://www.hot.ee/fiction/teooriad/string.ht m
  
• http://superstringtheory.com/index.html
  
• http://en.wikipedia.org/wiki/String_theory#History
  
• http://hexagon.fi.tartu.ee/~laur/papers/sammuke.html
  
• http://et.wikipedia.org/wiki/String
  
• Stephen Hawking „Universum pähklikoores“, tõlge eesti keelde Henn Käämbre 2002, Eesti Entsüklopeediakirjastus