Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:40 • sest 21:16 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 15:13 • Sest 05:59 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 03:57 • Síðdegis: 16:31 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 10:23 • Síðdegis: 22:34 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Hvernig hljómar strengjakenningin og hver er hin sennilegasta minnsta eining?

Lárus Thorlacius

Strengjafræði sameinar lýsingu á öllum þekktum öreindum og víxlverkunum náttúrunnar í einni kenningu. Hún er ennþá á rannsóknastigi og gæti átt eftir að víkja fyrir öðrum betri kenningum í framtíðinni, en sem stendur eru miklar vonir bundnar við hana sem sameiningarkenningu öreindafræðinnar. Strengjafræðin byggir á grunni skammtafræði og skammtasviðsfræði, sem lýsa hinu örsmáa, en hún á sér einnig rætur í almennu afstæðiskenningunni. Hún er seinni hlutinn í afstæðiskenningu Einsteins og lýsir þyngdinni sem er ráðandi afl í mjög stórum kerfum eins og vetrarbrautum eða alheiminum í heild sinni.

Það sem skilur strengjafræðina frá hefðbundnum kenningum er að ekki er litið á minnstu einingar efnisheimsins, öreindirnar, sem punktlaga agnir í strengjafræði, heldur er þeim lýst sem örsmáum einvíðum strengjum. Þessir strengir eru svo stuttir að jafnvel með öflugustu mælitækjum nútíma öreindafræði, svonefndum agnahröðlum, er ekki hægt að greina lengd þeirra og því koma þeir fram í tilraunum eins og punktlaga agnir. Þó lengd strengjanna sé ekki mælanleg hefur hún afgerandi áhrif á gerð kenningarinnar.

Þegar reynt er að sameina lýsingu á þyngdaraflinu og skammtafræði koma upp erfið stærðfræðileg vandamál, sem tengjast víxlverkunum yfir mjög stuttar vegalengdir. Þau hefur ekki tekist að leysa með kenningum sem byggja á punktlaga öreindum en þau eru viðráðanleg í strengjafræði.

Strengjafræðin er óvenjuleg eðlisfræðikenning að því leyti að öllum eiginleikum strengja, sem mælanlegir eru með nútímatækni, má einnig lýsa með öðrum og einfaldari kenningum, til dæmis kvarðakenningum öreindafræðinnar eða almennu afstæðiskenningunni, og í þeim skilningi er ekki þörf fyrir strengjafræði. Það eru hinsvegar ýmsar áhugaverðar spurningar um gerð heimsins á örsmáum kvarða og um sögu hans í öndverðu sem aðrar kenningar ráða ekki við. Þess vegna starfa fjölmargir eðlisfræðingar við rannsóknir á strengjum og hegðun þeirra.

Strengjafræði er frekar flókin kenning og útreikningar eru þungir í vöfum en engu að síður gefur hún að ýmsu leyti einfaldari mynd af öreindum og víxlverkunum þeirra heldur en hefðbundnar öreindakenningar. Í tilraunum koma til dæmis fram fjölmargar mismunandi öreindir og er hverri þeirra lýst með sínu eigin skammtasviði í venjulegum kenningum. Í strengjafræðinni eru á hinn bóginn aðeins örfáar gerðir af strengjum, jafnvel aðeins ein, og hinar ýmsu öreindir koma fram sem mismunandi sveifluhættir. Það er vel þekkt úr sígildri eðlisfræði að mismunandi tónar gítarstrengs svara til sveifluhátta hans og má segja að öreindir, eins og rafeindir, ljóseindir eða kvarkar, séu allar mismunandi tónar á einum og sama grundvallarstreng náttúrunnar.

Strengjafræði gefur einnig einfalda mynd af víxlverkunum. Í öreindafræði fara víxlverkanir fram með því að efniseindir, eins og rafeindir eða kvarkar, senda svonefndar burðaragnir milli sín. Burðarögn rafsegulverkunarinnar er kölluð ljóseind og er aðdráttur milli rafeindar og róteindar afleiðing af því að þær skiptast stöðugt á ljóseindum. Af öðrum burðarögnum er fyrst að nefna þyngdareindir sem bera þyngdaraflið og límeindir sem bera sterku kjarnavíxlverkunina, en hún heldur kvörkum saman í kjarneindum og kjarneindum saman í atómkjörnum. Loks bera svonefndar W- og Z-eindir veiku kjarnavíxlverkunina, sem veldur beta-geislun og á þátt í að viðhalda brunanum í iðrum sólarinnar.

Í strengjafræði eru allar þessar burðaragnir og allar efnisagnir mismunandi sveifluhættir á sama streng og eina víxlverkunin sem á sér stað í strengjafræði er þegar tveir strengir sameinast í einn eða einn strengur skiptir sér í tvo eins og sýnt er á myndinni að neðan:



Mikil gróska hefur verið í rannsóknum í strengjafræði undanfarin ár og skilningur á þessari margslungnu kenningu hefur aukist. Hún mun enn um sinn halda áfram að heilla þá eðlisfræðinga og stærðfræðinga sem hafa áhuga á spurningum um innstu gerð efnisheimsins og upphaf sögu hans. Það er hinsvegar ennþá of snemmt að dæma um hvort hún gefi rétta mynd af öreindum og víxlverkunum þeirra og hvort hún sé vísir að hinni endanlegu sameiningarkenningu.

Höfundur

Lárus Thorlacius

Lárus Thorlacius

prófessor í eðlisfræði við HÍ

Útgáfudagur

1.3.2000

Spyrjandi

Bergur Þór Ingólfsson

Efnisorð

Tilvísun

Lárus Thorlacius. „Hvernig hljómar strengjakenningin og hver er hin sennilegasta minnsta eining? “ Vísindavefurinn, 1. mars 2000. Sótt 19. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=171.

Lárus Thorlacius. (2000, 1. mars). Hvernig hljómar strengjakenningin og hver er hin sennilegasta minnsta eining? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=171

Lárus Thorlacius. „Hvernig hljómar strengjakenningin og hver er hin sennilegasta minnsta eining? “ Vísindavefurinn. 1. mar. 2000. Vefsíða. 19. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=171>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvernig hljómar strengjakenningin og hver er hin sennilegasta minnsta eining?
Strengjafræði sameinar lýsingu á öllum þekktum öreindum og víxlverkunum náttúrunnar í einni kenningu. Hún er ennþá á rannsóknastigi og gæti átt eftir að víkja fyrir öðrum betri kenningum í framtíðinni, en sem stendur eru miklar vonir bundnar við hana sem sameiningarkenningu öreindafræðinnar. Strengjafræðin byggir á grunni skammtafræði og skammtasviðsfræði, sem lýsa hinu örsmáa, en hún á sér einnig rætur í almennu afstæðiskenningunni. Hún er seinni hlutinn í afstæðiskenningu Einsteins og lýsir þyngdinni sem er ráðandi afl í mjög stórum kerfum eins og vetrarbrautum eða alheiminum í heild sinni.

Það sem skilur strengjafræðina frá hefðbundnum kenningum er að ekki er litið á minnstu einingar efnisheimsins, öreindirnar, sem punktlaga agnir í strengjafræði, heldur er þeim lýst sem örsmáum einvíðum strengjum. Þessir strengir eru svo stuttir að jafnvel með öflugustu mælitækjum nútíma öreindafræði, svonefndum agnahröðlum, er ekki hægt að greina lengd þeirra og því koma þeir fram í tilraunum eins og punktlaga agnir. Þó lengd strengjanna sé ekki mælanleg hefur hún afgerandi áhrif á gerð kenningarinnar.

Þegar reynt er að sameina lýsingu á þyngdaraflinu og skammtafræði koma upp erfið stærðfræðileg vandamál, sem tengjast víxlverkunum yfir mjög stuttar vegalengdir. Þau hefur ekki tekist að leysa með kenningum sem byggja á punktlaga öreindum en þau eru viðráðanleg í strengjafræði.

Strengjafræðin er óvenjuleg eðlisfræðikenning að því leyti að öllum eiginleikum strengja, sem mælanlegir eru með nútímatækni, má einnig lýsa með öðrum og einfaldari kenningum, til dæmis kvarðakenningum öreindafræðinnar eða almennu afstæðiskenningunni, og í þeim skilningi er ekki þörf fyrir strengjafræði. Það eru hinsvegar ýmsar áhugaverðar spurningar um gerð heimsins á örsmáum kvarða og um sögu hans í öndverðu sem aðrar kenningar ráða ekki við. Þess vegna starfa fjölmargir eðlisfræðingar við rannsóknir á strengjum og hegðun þeirra.

Strengjafræði er frekar flókin kenning og útreikningar eru þungir í vöfum en engu að síður gefur hún að ýmsu leyti einfaldari mynd af öreindum og víxlverkunum þeirra heldur en hefðbundnar öreindakenningar. Í tilraunum koma til dæmis fram fjölmargar mismunandi öreindir og er hverri þeirra lýst með sínu eigin skammtasviði í venjulegum kenningum. Í strengjafræðinni eru á hinn bóginn aðeins örfáar gerðir af strengjum, jafnvel aðeins ein, og hinar ýmsu öreindir koma fram sem mismunandi sveifluhættir. Það er vel þekkt úr sígildri eðlisfræði að mismunandi tónar gítarstrengs svara til sveifluhátta hans og má segja að öreindir, eins og rafeindir, ljóseindir eða kvarkar, séu allar mismunandi tónar á einum og sama grundvallarstreng náttúrunnar.

Strengjafræði gefur einnig einfalda mynd af víxlverkunum. Í öreindafræði fara víxlverkanir fram með því að efniseindir, eins og rafeindir eða kvarkar, senda svonefndar burðaragnir milli sín. Burðarögn rafsegulverkunarinnar er kölluð ljóseind og er aðdráttur milli rafeindar og róteindar afleiðing af því að þær skiptast stöðugt á ljóseindum. Af öðrum burðarögnum er fyrst að nefna þyngdareindir sem bera þyngdaraflið og límeindir sem bera sterku kjarnavíxlverkunina, en hún heldur kvörkum saman í kjarneindum og kjarneindum saman í atómkjörnum. Loks bera svonefndar W- og Z-eindir veiku kjarnavíxlverkunina, sem veldur beta-geislun og á þátt í að viðhalda brunanum í iðrum sólarinnar.

Í strengjafræði eru allar þessar burðaragnir og allar efnisagnir mismunandi sveifluhættir á sama streng og eina víxlverkunin sem á sér stað í strengjafræði er þegar tveir strengir sameinast í einn eða einn strengur skiptir sér í tvo eins og sýnt er á myndinni að neðan:



Mikil gróska hefur verið í rannsóknum í strengjafræði undanfarin ár og skilningur á þessari margslungnu kenningu hefur aukist. Hún mun enn um sinn halda áfram að heilla þá eðlisfræðinga og stærðfræðinga sem hafa áhuga á spurningum um innstu gerð efnisheimsins og upphaf sögu hans. Það er hinsvegar ennþá of snemmt að dæma um hvort hún gefi rétta mynd af öreindum og víxlverkunum þeirra og hvort hún sé vísir að hinni endanlegu sameiningarkenningu.

...