Teorija struna

Teorija struna je pokušaj da se u okviru fizike čestica pomire principi kvantne mehanike i opšte relativnosti. Takođe, ukoliko se pokaže kao ispravna, postaće glavni kandidat za tzv. „Teoriju svega“ (engl. Theory of everything – ТОЕ), odnosno za pokušaj opisivanja svih poznatih osnovnih sila i stanja materije, na konačan matematički način.

Kako još uvek ne postoje relevantni eksperimenti kojima se mogu pokriti sva poznata energetska stanja čestica, teorija struna je i dalje predmet sukoba u naučnoj javnosti.

Osnovna pretpostavka teorije struna je to da elektroni i kvarkovi u atomu nisu bezdimenzione čestice (u suštini, obične tačke u prostoru), već da su zapravo jednodimenzionalne oscilujuće linije, odnosno „strune“. Posmatrano detaljnije, teorija struna se bavi i drugim elementarnim česticama, poput hadrona, bozona i fermiona, i njihovih međusobnih veza, objedinjenih pod pojmom supersimetrije.

Uprošćeno, po ovoj teoriji, na kvantni način se posmatraju zatezanje, kinetika i vibracije ovih struna, analogno običnoj zategnutoj žici u prostoru.

Dodatni problem i nedoumice izaziva i to, što je za potpunu primenu teorije struna neophodno uključiti i uticaj nekih, za sada još neuočenih dimenzija univerzuma, uz već postojeće i poznate četiri (tri prostorne, i jednu vremensku).

Ova teorija je prilično mlada, sa začecima u modelu dvojne rezonancije iz 1969. godine, i sa prvim pravim značajnijim probojima iz '90 godina prošlog stoleća.

Naučnici koji su pobornici ove teorije, i koji rade na njenom daljem razvoju su Stiven Hoking, Edvard Viten, Huan Maldasena, Tom Benks, Vili Fišler, Stiven Šenker, Stiven Gabser, Igor Klejbanov, Mičio Kaku, Aleksander Poljakov i Leonard Saskind. Njihovi argumenti su da ova teorija omogućava kvalitetno kombinovanje kvantne teorije polja i opšte relativnosti, potom da je u skladu sa opštim postulatima kvantne gravitacije (npr. sa termodinamikom crnih rupa), i napokon, zato što je prošla niz kvalitativnih provera svoje unutrašnje (matematičke) stabilnosti.

Postoje i kritičari među priznatim naučnicima, poput Ričarda Fajnmana, Pitera Vojta, Li Smolina, Filipa Andersona, Lorensa Krausa, Karla Rovelija i Šeldon Li Glašou, koji ovu teoriju osporavaju zato što ne daje gotovo nikakve eksperimentalne kvantitativne pretpostavke, odnosno, jednostavno rečeno, nije prošla fazu ispitivanja kroz konkretne naučne eksperimente, a sve zbog ogromnih energetskih prohteva tih eksperimenata. Takođe, broj mogućih rešenja je, prema njihovom mišljenju, preveliki da bi teorija bila kvalitetna, a i u velikoj meri su rešenja zavisna od prethodnih dešavanja, da bi ih oni smatrali relevantnim.

Pregled

Nivoi magnifikacije:
1. Makroskopski nivo – materija
2. Molekulski nivo
3. Atomski nivo – Protoni, neutroni i elektroni
4. Subatomski nivo – Elektron
5. Subatomski nivo – Kvarkovi
6. Nivo struna

Teorija struna postulira da elektroni i kvarkovi unutar atoma nisu 0-dimenzioni objekti, nego da se sastoje od 1-dimenzionalnih struna. Te strune mogu da osciluju, što daje česticama njihov ukus (kvantni broj), naelektrisanje, masu i spin. Teorije struna takođe obuhvataju objekte generalnije od struna, zvane brane. Reč brana, izvedena iz „membrana“, se odnosi na različite međusobno povezane objekate, kao što su D-brane, crne p-brane i NS5-brane. To su prošireni objekti koji su naelektrisani izvori za diferencijalnu formu generalizacija vektorskog potencijala elektromagnetnog polja. Ovi objekti su međusobno povezani različitim dualnostima. Crnoj rupi-slične crne p-brane su identifikovane D-branama, koje su krajnje tačke struna, i ta identifikacija se naziva Gauge-gravitaciona dualnost. Istraživanje ove jednakosti je dovelo do novih saznanja o kvantnoj hromodinamici, osnovnoj teoriji jake nuklearne sile. Strune formiraju zatvorene petlje, osim ako se susretnu sa D-branama, gde one mogu da se otvore u 1-dimenzionalne linije. Krajnje tačke struna ne mogu da prekinu D-branu, ali one mogu da prođu oko nje.

Dodatna literatura

Popularne knjige i članci

• Paul Davies, Julian R. Brown (editors) (1992). Superstrings: A Theory of Everything? (Reprint izd.). Cambridge: Cambridge University Press. str. 244. ISBN 978-0-521-43775-2. CS1 održavanje: Tekst viška: spisak autora (veza)
• Gefter, Amanda (2005). „Is string theory in trouble?”. New Scientist. Pristupljeno 19. 12. 2005. 
• Green, Michael (1986). „Superstrings”. Scientific American. Pristupljeno 19. 12. 2005. 
• Brian Greene (2003). The Elegant Universe (Reissue izd.). New York: W.W. Norton & Company. str. 464. ISBN 978-0-393-05858-1. 
• Brian Greene (2004). The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality. New York: Alfred A. Knopf. str. 569. ISBN 978-0-375-41288-2. 
• John Gribbin (1998). The Search for Superstrings, Symmetry, and the Theory of Everything. London: Little Brown and Company. str. 224. ISBN 978-0-316-32975-0. 
• Paul Halpern (2004). The Great Beyond: Higher Dimensions, Parallel Universes, and the Extraordinary Search for a Theory of Everything. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. str. 326. ISBN 978-0-471-46595-9. 
• Dan Hooper (2006). Dark Cosmos: In Search of Our Universe's Missing Mass and Energy. New York: HarperCollins. str. 240. ISBN 978-0-06-113032-8. 
• Michio Kaku (1994). Hyperspace: A Scientific Odyssey Through Parallel Universes, Time Warps, and the Tenth Dimension. Oxford: Oxford University Press. str. 384. ISBN 978-0-19-508514-3. 
• Klebanov, Igor and Juan Maldacena (January 2009). Solving Quantum Field Theories via Curved Spacetimes. Physics Today.
• George Musser (2008). The Complete Idiot's Guide to String Theory. Indianapolis: Alpha. str. 368. ISBN 978-1-59-257702-6. 
• Lisa Randall (2005). Warped Passages: Unraveling the Mysteries of the Universe's Hidden Dimensions. New York: Ecco Press. str. 512. ISBN 978-0-06-053108-9. 
• Leonard Susskind (2006). The Cosmic Landscape: String Theory and the Illusion of Intelligent Design. New York: Hachette Book Group/Back Bay Books. str. 403. ISBN 978-0-316-01333-8. 
• Gary Taubes (November 1986). "Everything's Now Tied to Strings" Discover Magazine vol 7, #11.
• Alex Vilenkin (2006). Many Worlds in One: The Search for Other Universes. New York: Hill and Wang. str. 235. ISBN 978-0-8090-9523-0. 
• Witten, Edward (2002). „The Universe on a String” (PDF). Astronomy Magazine. Arhivirano iz originala (PDF) 19. 12. 2012. g. Pristupljeno 19. 12. 2005. 

Dve netehničke knjige koje su kritične za razumevanje teorije struna:

• Lee Smolin (2006). The Trouble with Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next. New York: Houghton Mifflin Co. str. 392. ISBN 978-0-618-55105-7. 
• Peter Woit (2006). Not Even Wrong - The Failure of String Theory And the Search for Unity in Physical Law. London: Jonathan Cape &: New York: Basic Books. str. 290. ISBN 978-0-465-09275-8. 

Udžbenici

• Becker, Katrin, Becker, Melanie, and John H. Schwarz (2007). String Theory and M-Theory: A Modern Introduction. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-86069-7. CS1 održavanje: Višestruka imena: spisak autora (veza)
• Binétruy, Pierre (2007). Supersymmetry: Theory, Experiment, and Cosmology. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850954-7. .
• Dine, Michael (2007). Supersymmetry and String Theory: Beyond the Standard Model. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-85841-0. .
• Frampton, Paul H. (1974). Dual Resonance Models. Frontiers in Physics. ISBN 978-0-8053-2581-2. 
• Gasperini, Maurizio (2007). Elements of String Cosmology. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-86875-4. .
• Michael Green, John H. Schwarz and Edward Witten (1987) Superstring theory. Cambridge University Press. The original textbook.
  • Vol. 1: Introduction. ISBN 978-0-521-35752-4.
  • Vol. 2: Loop amplitudes, anomalies and phenomenology. ISBN 978-0-521-35753-1.
• Kiritsis, Elias (2007). String Theory in a Nutshell. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-12230-4. .
• Johnson, Clifford (2003). D-branes. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-80912-2. 
• Polchinski, Joseph (1998) String Theory. Cambridge University Press.
  • Vol. 1: An introduction to the bosonic string. ISBN 978-0-521-63303-1.
  • Vol. 2: Superstring theory and beyond. ISBN 978-0-521-63304-8.
• Szabo, Richard J. (Reprinted 2007). An Introduction to String Theory and D-brane Dynamics. Imperial College Press. ISBN 978-1-86094-427-7.  .
• Barton Zwiebach (2004). A First Course in String Theory. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-83143-7. .

Tehnički i kritički:

• Roger Penrose (2005). The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe. Knopf. str. 1136. ISBN 978-0-679-45443-4. 

Onlajn materijal

• David Tong. „Lectures on String Theory”. arXiv:0908.0333 . 
• Schwarz, John H. „Introduction to Superstring Theory”. arXiv:hep-ex/0008017 . 
• Witten, Edward (1998). „Duality, Spacetime and Quantum Mechanics”. Kavli Institute for Theoretical Physics. Pristupljeno 16. 12. 2005. 
• Tom W. B. Kibble. „Cosmic strings reborn?”. arXiv:astro-ph/0410073 . 
• Marolf, Don. „Resource Letter NSST-1: The Nature and Status of String Theory”. arXiv:hep-th/0311044 . 
• Ajay, Shakeeb, Wieland (2004). „The nth dimension”. Pristupljeno 16. 12. 2005. CS1 održavanje: Višestruka imena: spisak autora (veza)
• Woit, Peter (2002). „Is string theory even wrong?”. American Scientist. Arhivirano iz originala 15. 8. 2009. g. Pristupljeno 16. 12. 2005. 
• Veneziano Gabriele (maj 2004). „The Myth of the Beginning of Time”. Scientific American. Arhivirano iz originala 16. 10. 2007. g. Pristupljeno 24. 11. 2011. 
• Harris, Richard (7. 11. 2006). „Short of 'All,' String Theorists Accused of Nothing”. National Public Radio. Arhivirano iz originala 7. 3. 2007. g. Pristupljeno 5. 3. 2007. 
• A website dedicated to creative writing inspired by string theory.
• An Italian Website with various papers in English language concerning the mathematical connections between String Theory and Number Theory. Arhivirano na sajtu Wayback Machine (23. avgust 2011)
• George Gardner (24. 1. 2007). „Theory of everything put to the test”. Diskusiona grupa: tech.blorge.com. ID109828243. Arhivirano iz originala 20. 2. 2007. g. Pristupljeno 3. 3. 2007. 
• Minkel, J. R. (2. 3. 2006). „A Prediction from String Theory, with Strings Attached”. Scientific American. Arhivirano iz originala 15. 10. 2007. g. Pristupljeno 24. 11. 2011. 
• Chalmers, Matthew (3. 9. 2007). „Stringscape”. Physics World. Arhivirano iz originala 28. 9. 2007. g. Pristupljeno 6. 9. 2007. 
• Woit, Peter. Not Even Wrong: The Failure of String Theory & the Continuing Challenge to Unify the Laws of Physics. 2006. ISBN 978-0-224-07605-0. (Jonathan Cape), ISBN 978-0-465-09275-8 (Basic Books)
• Schwarz, John (2001). „Early History of String Theory: A Personal Perspective”. Pristupljeno 17. 7. 2009. 
• Zidbits (2011-03-27). „A Layman's Explanation For String Theory?”. 

Spoljašnje veze

• O temeljima teorije struna
• Superstrings