ANTIMATERIJA I ELEMENTARNE CESTICE | SEMINARSKI RAD IZ ASTRONOMIJE

Činjenica da kvantni sistemi, kao što su elektroni i protoni, imaju prijelazne (među) aspekte znači da oni egzistiraju kao mogućnosti radije nego kao stvarni sistemi. Ovo im daje svojstvo da su stvari koje mogu biti ili se mogu dogoditi, radije nego stvari koje jesu. To je oštra razlika u odnosu na Njutnovu fiziku u kojoj stvari ili jesu ili nisu, u kojoj nema neodređenosti osim one koja se javlja uslijed slabe ili ograničene mogućnosti prikupljanja podataka opremom koja je na raspolaganju.
Superpozicija mogućih položaja elektrona može se demonstrirati razmatranjem fenomena koji nazivamo kvantno tuneliranje.

Prijevod sa slike: U klasičnoj fizici elektron se odbija od barijere u obliku električnog polja sve dok je energija elektrona manja od energije polja. U kvantnom načinu razmišljanja valna funkcija elektrona nailazi na barijeru električnog polja i ima neku konačnu vjerojatnost tuneliranja (prolaska) kroz barijeru. Ovo je osnova rada tranzistora. Valja uočiti da je objašnjenje kvantnog tuneliranja jedino moguće ukoliko je pozicija elektrona uistinu raširena, ne jednostavno skrivena ili neizmjerena. Ova sirova neodređenost omogućuje valnoj funkciji da penetrira kroz barijeru.

Važno je istaknuti da se superpozicija vjerojatnosti zbiva prije nego što promotrimo entitet. Jednom kada je promatranje izvedeno (pozicija je izmjerena, masa određena, brzina detektirana) superpozicija doživi konverziju u stvarnost (aktualno). Ili kazano kvantnim jezikom, valna funkcija je doživjela kolaps.

2 Bohrov atom

Vjerojatno najznačajniji znanstvenik 20. stoljeća bio je Niles Bohr, prvi koji je primjenio Planck-ovu kvantnu ideju na probleme atomske fizike. U ranim 1900-im Bohr iznosi kvantno mehanički opis atoma da bi njime zamjenio raniji model Rutheford-a.

Bohr je u osnovi pridjelio diskretne orbite (kružne putanje) elektronima, koje su višekratnici Planck-ovih konstanti, na taj način onemogućavajući kontinuirane iznose energije elektrona koje su moguće prema tvrdnjama klasične fizike.

Snaga Bohr-ovog modela bila je u sposobnosti predviđanja spektra svjetlosti koju emitira elektron. Posebno, sposobnost objašnjenja spektralnih linija atoma uslijed apsorpcije i emisije fotona od strane elektrona u kvantiziranim orbitama.

U osnovi, ukupna atomska i molekularna fizika, uključujući strukturu atoma i njihovu dinamiku, periodni sustav elemenata i njihove kemijske karakteristike, kao i spektroskopska, električna i druga fizikalna svojstva atoma i molekula, mogu se razjasniti pomoću kvantne mehanike – fundamentalne (temeljne) znanosti.

3 Kvantna mehanika

Područje kvantne mehanike bavi se opisom fenomena na skali veoma malenih veličina. Kvantni svijet nije moguće percipirati direktno, nego isključivo upotrebom instrumenata. Ključna pretpostavka kvantne fizike je u tome da kvantni mehanički principi trebaju imati mogućnost biti reducirani na Newton-ove principe na makroskopskoj razini (postoji kontinuitet između kvantne i Newton-ove mehanike).

Promotrimo izgled vala na kružnoj putanji oko jezgre atoma. Samo se određene valne dužine valne elektronske materije „uklapaju“ u kružnu putanju. Ukoliko je valna dužina kraća ili duža, krajevi se neće međusobno povezati. Ukoliko je elektron na neki način val, tada ukoliko se želi uklopiti u orbitu oko jezgre, veličina orbite treba odgovarati cijelom broju valnih dužina.

Važno je uočiti da ovo ne znači da elektron egzistira u jednoj točki svoje orbite, on ima valna svojstva i postoji na svim mjestima u dozvoljenoj orbiti (princip neodređenosti). Zbog toga, fizičari govore o dozvoljenim orbitama i dozvoljenim tranzicijama (prelascima iz jedne u drugu orbitu) koje prizvode određene fotone (koji formiraju otiske određenog oblika spektralnih linija).

Relativne vjerojatnosti različitih mogućih stanja su određene zakonima. Zbog toga, postoji razlika između uloge vjerojatnosti u kvantnoj mehanici i neograničenog kaosa Svemira u kojem ne bi vladali nikakvi zakoni.

Kvantni opis stvarnosti je objektivan (slaba forma) u smislu da svatko tko vlada znanjem kvantne fizike može izvesti iste eksperimente i doći do istih zaključaka. Snažna objektivnost, kao u klasičnoj fizici, zahtjeva da slika svijeta dobivena kao suma svih eksperimentalnih razultata ne bude samo slika ili model, već identična objektivnom (stvarnom) svijetu, nešto što egzistira izvan nas i prethodi mjerenju koje možemo provesti nad njim. Kvantna fizika nema ovu karakteritsiku s obzirom na vlastitu ugrađenu nedeterminiranost.

Kvantna fizika poriče postojanje bilo čega što je nalik na istinsku i nedvosmislenu (jednoznačnu) stvarnost, a koja leži u osnovi svega. Realnost je ono što izmjerimo da ona je, i ništa više od toga. Bez obzira koliko je znanost u nezgodnoj poziciji sa ovim stanovištem, kvantna fizika je ekstremno pouzdana i ona je osnova moderna fizike. Koncepti, poput uzroka i posljedice, mogu preživjeti jedino kao posljedica kolektivnog ponašanja velikog kvantnog sistema.

4 Antimaterija

Kombinacija kvantne mehanike i relativnosti omogućuje nam da promatramo subatomske procese na potpuno novi način. Simetrija je veoma važna u fizikalnim teorijama. Na primjer, očuvanje momenta je potrebno kako bi se očuvala simetrija u vremenu. Zbog toga su se hipoteze o postojanju „suprotne“ materije počele razvijati ubrzo nakon razvoja kvantne fizike. „Suprotna“ materija se naziva antimaterija. Čestice antimaterije imaju istu masu i karakteristike kao i čestice materije, ali suprotan naboj. Kada materija i antimaterija dođu u kontakt one se obje istog trenutka pretvaraju u čistu energiju, u obliku fotona.

Prijevod sa slike: Sve poznate elementarne čestice imaju svoje antimaterijske parove, iste mase, ali suprotnog naboja. Kada materija i antimaterija dođe u kontakt istog trenutka se pretvaraju u energiju (anihilacija).

Antimaterija se proizvodi neprestano u sudarima visokoenergetskih fotona, procesu poznatom kao produkcija parova (pair production), u kojem se elektron i njegov antimaterijski blizanac (pozitron) stvaraju iz energije (E=mc2).

5 Fisija / fuzija

Jedan od iznenađujućih rezultata kvantne fizike je da fizikalni događaj nije ograničen njegovim kvantnim pravilima, odnosno taj događaj se može i hoće dogoditi. Iako ovo može zvučati čudno, ono je izravna posljedica principa neodređenosti. Narušavanje (kršenje) zakona očuvanja dovelo je do jednog od najvećih otkrića ranog 20. stoljeća, razumijevanje radioaktivnog raspada (fisije) i izvora snage u zvijezdama (fuzije).

Nuklearna fisija je raspad velikih atomskih jezgri na manje elemente. To se može dogoditi spontano (radioaktivni raspad) ili izazvati kolizijom sa slobodnim neutronima. Spontana fisija nastaje uslijed činjenice da je valna funkcija velikih jezgri „neodređenija (fuzzier)“ od valne funkcije sitnih čestica kao što su alfa čestice. Princip neodređenosti kaže da, ponekad, alfa čestica (2 protona i 2 neutrona) mogu tunelirati izvan jezgre i pobjeći.

Inducirana (izazvana) fisija se događa kada slobodni neutron udari u jezgru i deformira je. Prema zakonima klasične fizike, jezgra bi se samo deformirala. Međutim, prema zakonima kvantne fizike postoji konačna vjerojatnost da deformirana jezgra tunelira u dvije nove jezgre i u tom procesu oslobodi neutrone, na taj način izaziva se lančana reakcija.

Fuzija je proizvodnja težih elemenata spajanjem lakših elemenata. Proces zahtjeva visoke temperature kako bi se postigle dovoljno velike brzine da dva lagana elementa nadvladaju elektrostatske barijere.

Čak i za visoke temperature u središtu zvijezda, fuzija zahtjeva kvantno tuneliranje protona i neutrona kako bi se nadvladala odbojna elektrostatička sila jezgre atoma. Treba uočiti da i fisija i fuzija oslobađaju energiju konverzijom dijela mase jezgre u gamma-zrake, to je poznata jednadžba koju je formulirao Einstein i koja tvrdi E=mc2.

Iako se bavi sa vjerojatnostima i neizvjesnosti, kvantna fizika je bila spektakularno uspješna u razjašnjavanju inače nedostupnih fenomena atoma i u potvrđivanju tih tvrdnji eksperimentima. Njena predviđanja su najpreciznija i najbolje provjerena od svih tvrdnji u fizici; neke od njih su testirane i pokazale su se pouzdanije od jedan naprema milijardu.

6 Holizam

Odnosi se na holističku prirodu kvantnog svijeta, čije ponašajne svake pojedine čestice se uklapa u strukturu nečim što se ne može objasniti u terminima Newton-ove redukcionostičke paradigme.

Dok redukcionisti tvrde da se cjelina može razbiti ili analizirati na odvojene dijelove i međusobne odnose između tih djelova, holisti tvrde da je cjelina primarno i često više od sume njezinih djelova. Ništa se ne može rastaviti na sumu vlastitih djelova.

Teorija atoma za vrijeme Grka promatrala je Svemir kao da je sastavljen od neuništivih atoma. Promjena je nastajala uslijed preraspodjele ovih atoma. Rani holist Parmenides tvrdio je međutim da je na nekoj osnovnoj razini svijet nepromjenjivo jedinstven, nerazdvojiv i sveto kontinuiran.

Najviša dostignuća kvantne teorije vraćaju se filozofiji Parmenides-a opisujući sve što postoji ekscitacijom (pobuđivanjem) kvantnog vakuuma koji se nalazi u podlozi, nalik na mreškanje bazena. Podloga svega je kvantni vakuum, slično Budističkoj ideji trajnog identiteta (istovjetnosti).

Kvantna realnost je bizaran svijet koji se ponaša u skladu sa zakonom oba tj. i jedno i drugo, dok se makroskopski svijet ponaša u skladu sa zakonom ili jedno ili drugo. Najsloženiji problem moderne fizike je objasniti kako se i jedno i drugo pretvaraju u ili jedno ili drugo tijekom postupka promatranja.

Valja uočiti da s obzirom da postoji pozicija sa najvećom vjerojatnosti i s njom povezana energija, prisutana je određena mjera redukcionizma koja je na raspolaganju promatraču. Istina je negdje između Newton-a i Parmenides-a.

7 Elementarne čestice

7.1 Elementarne čestice

Jedno od temeljnih pitanja moderne fizike je pronalaženje odgovora na pitanje „Od čega je Svemir izgrađen?“. Obično se to pitanje može svesti na pitanje „Što je to materija i što je drži zajedno?“. Ovo pitanje nastavlja linijom koju su započeli Demokrit, Dalton i Rutheford.

Moderna fizika govori o temeljnim gradivnim blokovima prirode, gdje pojam temeljan uzima značenje nečeg jednostavnog i bez strukture. Mnoge čestice koje smo do sada spomenuli čine se jednostavnima s obzirom na njihova svojstva. Svi elektroni iskazuju točno određene karakteristike (masa, naboj, ....) prema tome eletron nazivamo temeljnom česticom.

Potraga za porijeklom tvari podrazumijeva razumijevanje elementarnih čestica. Uz pomoć principa holizma, razumijevanje elementarnih čestica zahtjeva ne samo razumijevanje njihovih karateristika već i njihovog međusobnog odnosa (interakcije) i odnosa prema silama u prirodi, to područje fizike nazivamo fizikom elementarnih čestica.

Istraživanje čestica je istovremeno priča o naprednoj tehnologiji i započinje sa potragom za primarnom tvorevinom (elementarnim djelom). Dosada je otkriveno više od 200 subatomskih čestica, sve one su otkrivene korištenjem sofisticiranih akceleratora čestica. Ipak, većina tih čestica nije primarna (temeljna), većina se sastoji od drugih, jednostavnijih čestica. Na primjer, Rutheford je pokazao da se atom sastoji od jezgre i elektorna koji kruže oko jezgre. Fizičari su kasnije pokazali da se jezgra sastoji od neutrona i protona. Novija istraživanja pokazuju da se protoni i neutroni sastoje od kvarkova.

1.2 Kvarkovi i leptoni

Dva temeljna tipa čestica su kvarkovi i leptoni. Kvarkovi i leptoni sa dijele u 6 vrsta koje odgovaraju trima generacijama tvari. Kvarkovi (i antikvarkovi) imaju električne naboje 1/3 ili 2/3. Leptoni imaju jedinične naboje 1 ili 0.

Uobičajena, svakodnevna materija pripada prvoj generaciji, pa sada pažnju možemo usmjeriti prema gore (2/3 naboj) i dolje (-1/3 naboj) kvarkovima, elektron neutrinu (kojeg jednostavno nazivamo neutrino, male mase i bez naboja) i elektronima (-1 naboj, najlakša čestica).

Treba uočiti da za svaki kvark i lepton, postoji i odgovarajuća antičestica. Na primjer, postoji gore antikvark, anti-elektron i anti-neutrino. Bozoni nemaju antičestice i nosioci su sile (vidjeti fundamentalne sile).

7.3 Barioni i mezoni

Kvarkovi se kombiniraju kako bi kreirali temeljne blokove materije, barione i mezone. Barioni su sačinjeni od tri kvarka i formiraju protone i neutrone jezgre atoma (također i anti-protone i anti-neutrone). Mezoni su sačinjeni od parova kvarkova i obično ih nalazimo u kozmičkim zrakama. Treba primjetiti da se svi kvarkovi kombiniraju kako bi postigli naboje od -1, 0 ili +1.

Prema tome, naše trenutno poznavanje strukture atoma je prikazano na slici ispod, atom sadrži jezgru koja je okružena oblakom negativno nabijenih elektrona. Jezgra se sastoji od neutralnih neutrona i pozitivno nabijenih protona. Suprotni naboj elektrona i protona drži atom na okupu uz pomoć elektromagnetskih sila.

Proton i neuton se sastoje od gore i dolje kvarkova čiji naboji (2/3 i -1/3) se kombiniraju kako bi proizveli naboje 0 ili +1 neutrona i protona. Jezgra je vezana zajedno jakom nuklearnom silom (koja nadjačava međusobno elektromagnetsko odbijanje protona koji imaju isti naboj).

7.4 Boja naboja

Kvarkovi u barionima i mezonima su vezani jakom silom u obliku izmjene gluona. Slično kao što je jakost elektromagnetske sile određena količinom električnog naboja, jaka sila je određna veličinom koju nazivamo promjenom boje.

Kvarkovi dolaze u tri boje: crvena, plava i zelena (oni zapravo nemaju boje, mi njihov naboj opisujemo na ovaj način). Pa, za razliku od elektromagnetskog naboja koji dolazi u dva tipa (pozitivan i negativan ili južni i sjeverni), promjena boje kvarkova dolazi u tri tipa. I, samo da stvari učini složenijim, promjena boje ima i svoju anti-čestičnu prirodu. Pa imamo anti-crvena, anti-plava i anti-zelena.

Glouni služe kao nosici boja kada su u interakciji sa kvarkovima. Barioni i mezoni moraju imati mješavinu boja koja rezultira bijelom bojom. Na primjer, crvena, plava i zelena tvore bijelu. Također, crvena i anti-crvena tvore bijelu.

7.5 Ograničenje kvarkova

Ne može postojati nešto kao slobodni kvark, tj. kvark sam za sebe. Svaki se kvark mora vezati za drugi kvark ili anti-kvark razmjenom gluona. To nazivamo ograničenjem kvarkova. Razmjena gluona proizvodi polje sile određene boje, odnoseći se pri tome na boju naboja koja je pridružena kvarkovima, slično električnom naboju. Polje sile boje je neobično po tome što razdvajanje kvarkova čini polje sile snažnijim (za razliku od elektromagnetske ili gravitacijske sile koja slabi sa udaljenosti). Potrebna je sila kako bi se nadvladalo polje sile boje. Ta energija se povećava sve dok ne dođe do formiranja novog kvarka i antikvarka (energija je jednaka masi, E=mc2).

Dva nova kvarka se formiraju i vežu za prethodna dva kvarka kako bi formirali dva nova mezona. Prema tome, niti jedan kvark nije u niti jednom trenutku u izolaciji. Kvarkovi uvijek putuju u parovima ili trojkama.

8 Fundamentalne sile

8.1 Fundamentalne sile

Materija je pod utjecajem sila koje na nju djeluju (ovi pojmovi se mogu i zamjeniti). Postoje četiri temeljne sile u Svemiru:
1. gravitacijska sila (između dvije čestice koje posjeduju masu)
2. elektromagnetska sila (između čestica sa nabojem/magnetizmom)
3. jaka nuklearna sila (između kvarkova)
4. slaba nuklearna sila (djeluje između neutrina i elektrona)

Prve dvije sile su nam poznate, gravitacija je sila koja djeluje između sveukupne materije, elektromagnetska sila opisuje međudjelovanje čestica sa nabojem i magnetika. Svjetlost (fotoni) se objašnjava interakcijom eletričnog i magnetskog polja.

Jaka sila vezuje kvarkove u protone, neutrone i mezone i drži jezgru atoma zajedno unatoč odbojnim silama koje djeluju između protona. Slaba sila kontrolira radioaktivni raspad jezgre atoma i reakcije između leptona (elektroni i neutroni).

Današnja fizika (nazvana fizikom kvantnog polja) objašnjava razmjenu energije u interakcijama razmjenom nosioca sile, koje nazivamo bozonima. Sile koje djeluju na velikoj udaljenosti imaju nosioce čija masa je nula, gravion i foton. Oni djeluju na razmjerima koji su veći od sunčevog sustava. Sile koje djeluju na kratkim udaljenostima imaju nosioce veoma velike mase, W+, W- i Z za slabu silu i gluon za jaku silu. Oni djeluju na razmjerima veličine jezgre atoma.

8.2 Kvantna elektrodinamika

Područje fizike koje objašnjava interakciju nabijenih čestica i svjetlosti naziva se kvantna elektrodinamika. Kvantna elektrodinamika (QED) proteže kvantnu teoriju na područje sila, krećući od elektromagnetskog polja.

Po QED nabijene čestice su u interakciji razmjenom virtualnih fotona, fotona koji ne egzistiraju izvan interakcije i služe isključivo kao nosioci momenta/sile.

Uočite uklanjanje (eliminaciju) djelovanja na udaljenost, interakcija se događa uslijed direktnog kontakta fotona.

Tijekom 1960-ih, formuliranje QED dovelo je do ujedinjenja teorije slabih i elektromagnetskih interakcija. Nova sila, nazvana elektroslaba sila, prisutna je na ekstremno visokim temperaturama poput onih koje nalazimo u početnim trenutcima nastanka Svemira i koje proizvodimo u akceleratorima čestica. Unifikacija (ujedinjenje) znači da slaba i elekrtomagnetska sila postaju simetrične u toj točki, ponašaju se kao da se radi o jednoj sili.

Elektroslaba unifikacija je potakla vjerovanje da se slaba, elektromagnetska i jaka sila mogu ujediniti u nešto što nazivamo Standardnim modelom materije.

8.3 Kvantna kromodinamika

Kvantna kromodinamika je područje fizike koje se bavi jakom ili „obojanom“ silom koja veže kvarkove zajedno te oni formiraju barione i mezone, te rezultira složenom silom koja drži zajedno jezgru atoma.

Prijevod sa slike: Obojana sila – dilema kvantne fizike dugo je bila „kako se jezgra atoma drži na okupu uslijed odbojnih elektrostatskih sila kojima je protoni nastoje razdvojiti“.
Odgovor dolazi u obliku obojane sile između kvarkova u protonima i neutronima koji proizvode jaku silu, koja nadjačava elektrostatsku silu.

Jaka sila nadjačava elektromagnetsku i gravitacijsku silu samo na veoma kratkim udaljenostima. Izvan jezgre djelovanje jake sile ne postoji.

8.4 Djelovanje na daljinu

Newton-ova fizika podrazumijeva direktnu vezu između uzroka i posljedice. Električne i magnetske sile potiču dilemu za ovakvu interpretaciju s obzirom da ne postoji direktan kontakt između dvaju naboja, pravilnije je zato kazati da postoji djelovanje na daljinu.

Kako bi razriješili ovu dilemu tvrdimo da postoji razmjena nosioca sile između dviju nabijenih čestica. Ovi nosioci sile su tek kasnije dovedeni u vezu sa česticama svjetlosti (fotonima). Ove čestice služe za prijenos momenta ostvarujući kontakt između nabijenih čestica, slično sudarima automobila i kamiona.

Prijevod sa slike: U klasičnom prikazu uzimamo da nepoznati proces potiskuje (gura) nabijenu česticu od magneta. Prema teoriji čestica, nosioci naboja (fotoni) prenose moment direktno na nabijenu česticu.

Međutim, ovaj pokušaj da razjasnimo paradoks djelovanja na daljinu koristi se čestičnom prirodom svjetlosti, dok promatrajući strukture koje nastaju uslijed interferencije očito pokazuju da svjetlost ima valno-čestičnu prirodu. Upravo ova dvojna priroda svjetlosti, istovremeno čestična i valna, dovela je do revolucije poznate kao kvantna fizika.

8.5 Standardni model – Teorija Svega

Da li je to sve? Da li su kvarkovi i leptoni temeljne gradivne strukture? Odgovor je = možda. Mi smo još u potrazi kako bi popunili neke praznine u onom što nazivamo Standardni model.

Standardni model je način pravljenja smisla u mnoštvu elementarnih čestica i sila unutar jedinstvene sheme. Standardni model je kombinacija dviju shema; elektroslaba sila (unifikacija elektromagnetizma i slabe sile) i kvantne kromodinamike. Iako Standardni model unosi znatnu količinu reda među elementarne čestice i vodi prema važnim pretpostavkama, model nije oslobođen i nekih značajnih teškoća.

Na primjer, Standardni model sadrži značajan broj proizvoljnih konstanti. Dobar izbor ovih konstanti vodi prema potpunom slaganju sa eksperimentalnim rezultatima. Međutim, dobra temeljna teorija bila bi ona u kojoj su konstante sama po sebi očite.

Standardni model ne uključuje sve sile i zbog toga je nepotpun. Prisutno je snažno očekivanje da postoji Veliko polje ujedinjene teorije (Great Unified Field Theory -GUTS) koje će pružiti dublje značenje Standardnom modelu i objasniti elemente koji nedostaju.

8.6 Supergravitacija

Čak bi i GUTS bio nepotpun jer bi uključivao prostor-vrijeme i zbog toga gravitaciju. Pretpostavlja se da će Teorija Svega (Theory of Everything - TOE) dovesti zajedno sve temeljne sile, materiju u zakrivljeno prostor-vrijeme unutar jedne jedinstvene slike. Za kozmologiju to će biti jedinstvena sila koja je kontrolirala Svemir u trenutku njegovog nastanka. Trenutni pristup potrazi za TOE je namjera da se otkrije neka fundamentalna simetrija, možda simetrija simetrija. Trebale bi postojati i pretpostavke koje proizlaze iz TOE, kao što je i pretpostavka o postojanju Higgs-ove čestice, porijekla mase u Svemiru.

Jedan od pokušaja formuliranja TOE je supergravitacija, kvantna teorija koja ujedinjuje tipove čestica upotrebom deset dimenzionalnog prostorvremena. Prostor vrijeme (4D konstrukcija) je bila uspješna u objašnjavanju gravitacije. Što ako je i subatomski svijet također geometrijski fenomen.

Mnoge druge dimenzije vremena i prostora mogle bi ležati ispod kvantne razine, izvan normalnog iskustva, imajući utjecaja na mikroskopski svijet elementarnih čestica.

U potpunosti je moguće da ispod kvantne domene postoji svijet potpunog kaosa, bez ikakvog zakona simetrije. Jedna stvar je očita, što nas više napor i trud dovodi u blizinu područja temeljnih zakona, to su rezultati proučavanja sve više udaljeni od našeg iskustva.

8.7 Teorija struna

Još jedan pokušaj formiranja TOE dolazi kroz M teoriju (od membrane) ili teoriju struna. Teorija struna je zapravo teorija visokog reda, gdje ostali modeli, poput supergravitacije i kvantne gravitacije, izgledaju kao aproksimacije. Osnovna premisa teorije struna je da subatomski entiteti, kao što su kvarkovi i sile, su zapravo sićušne karike (petlje, prsteni), strune i membrane koje se ponašaju poput čestica sa visokim energijama.

Jedan od problema u fizici čestica je zavidan broj elementarnih čestica (mioni i pioni i mezoni itd.). Teorija struna odgovara na ovaj problem predlažući da malene karike, oko 100 milijardi milijardi puta manje od protona, vibriraju ispod subatomske razine i svaki oblik vibracije predstavlja jedinstveu rezonancu koja odgovara točno određenoj čestici. Dakle, kada bi mogli povećati kvantnu česticu vidjeli bi sićušne strune koje vibriraju.

Važan aspekt teorije struna, koji je čini kandidatom za TOE je to što ne samo da objašnjava prirodu kvantnih čestica već i prostorvrijeme. Ovaj komplicirani skup pokreta mora se ponašati u skladu sa vlastitim pravilima i ograničenjima koja su posljedica na isti način objašnjenim u teoriji relativnosti.

Sljedeći aspekt teorije struna u kojem se dodatno razlikuje od ostalih TOE kandidata je njezina estetska ljepota. Teorija struna je geometrijska teorija, takva da, poput opće relativnosti, opisuje objekte i interakcije korištenjem geometrije i nema nedostataka u smislu onog što nazivamo problemom normalizacije kao recimo kvantna mehanika. Nemoguće je testirati pretpostavke postavljene u teoriji struna jer bi bilo potrebno koristiti temperature i energije približne onima koje su vladale u početku Svemira. Dakle, prepušteni smo prosuđivati vrijednost ove teorije na temelju njezine elegancije i unutrašnje konzistentnosti, a ne pomoću eksperimentalnih podataka.

PROČITAJ / PREUZMI I DRUGE SEMINARSKE RADOVE IZ OBLASTI:

ANTIMATERIJA I ELEMENTARNE ČESTICE

1. Superpozicija