Scientia

Scientia terras irradiamus

Gravitaţia şi teoria stringurilor Imprimare Email
Fizică
Scris de Scientia.ro   
Miercuri, 08 Aprilie 2009 13:02

Gravitatia_in_contextul_teoriei_stingurilorSe ştie despre gravitaţie că este cea mai slabă dintre cele 4 forţe fundamentale. Deşi la scară cosmică gravitaţia produce efecte colosale, la nivel atomic interacţiunile gravitaţionale sunt mult mai slabe decât celelalte. Teoria stringurilor, cea mai populară teorie cuantică a gravitaţiei care există în prezent, oferă o posibilă explicaţie.


SCURTĂ INTRODUCERE


Se ştie despre gravitaţie că este cea mai slabă dintre cele 4 forţe fundamentale. Deşi la scara obiectelor cosmice efectele acesteia sunt colosale, totuşi, la nivel atomic, interacţiunile gravitaţionale sunt mult mai slabe decât cele nucleare sau decât cele electromagnetice. De ce oare este aşa? Cum este posibil ca un magnet de mici dimensiuni să atragă cu uşurinţă un obiect metalic aflat în câmpul gravitaţional al unei întregi planete precum Terra? Există o teorie care oferă o posibilă explicaţie. Este vorba despre cea mai populară teorie cuantică a gravitaţiei care există în prezent - teoria stringurilor.


Despre gravitaţie în contextul teoriei stringurilor

Înainte de a vorbi despre teoria stringurilor, să începem cu câteva noţiuni introductive. Teoria stringurilor (numită şi a buclelor sau a sforilor) - descrie toate particulele fundamentale ca fiind mici stringuri, sau corzi vibrante, cu o anumită energie asociată. Modelul matematic al teoriei este construit într-un spaţiu cu 9 sau 10 dimensiuni în locul celor 3 pe care noi le percepem în mod curent.

DIMENSIUNILE

Ce reprezintă o dimensiune?

Linia este o figură geometrică obişnuită. Poate fi descrisă complet doar prin capetele sale, deci prin două puncte sau prin lungimea sa. Este un obiect unidimensional. Putem imagina şi reprezenta numărul de dimensiuni asociate unui anumit obiect folosind un altul, care are cu o dimensiune mai puţin decât obiectul de reprezentat, pe care să-l deplasăm la un unghi de 90 de grade faţă de una din dimensiunile sale. De pildă, ne putem imagina o linie folosind un punct pe care să-l deplasăm într-o anumită direcţie.

În continuare, să descriem o suprafaţă...

Suprafeţele sunt şi ele figuri geometrice care ne sunt familiare. O suprafaţă plană are atât lungime, cât şi lăţime, putând fi descrisă complet după efectuarea a două măsurători. Aşadar, suprafeţele sunt figuri geometrice bidimensionale. La fel cum am desenat o linie plecând de la un punct, putem genera o suprafaţă bidimensională plecând de la o linie pe care să o mişcăm într-o anumită direcţie, alta decât cea a lungimii sale.

Obiectele de care ne folosim în viaţa de zi cu zi, materialele solide întâlnite la tot pasul, au înălţime, lăţime şi adâncime (lungime), deci trebuie să facem trei măsurători diferite pentru a le descrie, de unde şi adjectivul asociat: tridimensionale. Aşa cum am generat o suprafaţă plecând de la o linie, putem crea o figură geometrică tridimensională, de exemplu un cub, plecând de la un pătrat pe care să-l deplasăm într-o anumită direcţie, pe verticală, deci la 90 de grade faţă de planul format de laturile sale. Cilindrii, cuburile şi sferele sunt obiecte tridimensionale.


Iar acum urmează partea cu adevărat dificilă...

Dimensiunile suplimentare sunt create mutând (sau rotind) un solid tridimensional într-o anumită direcţie, orientată astfel încât să nu poată fi conţinută în spaţiul căruia îi aparţine solidul. Deşi matematic este o sarcină uşoară, nouă, oamenilor, ne este imposibil să reprezentăm grafic sau la nivel mental o asemenea construcţie geometrică.

INTENSITATEA

Fie o sursă de lumină puternică care se propagă uniform şi omnidirecţional. Intensitatea luminoasă într-un anume punct variază invers proporţional cu pătratul distanţei de la acel punct la sursa de lumină, deoarece suprafaţa pe care lumina o acoperă creşte direct proporţional cu pătratul distanţei faţă de sursă.

Relaţia dintre intensitate şi distanţă

 

Aceste calcule sunt valabile doar într-un spaţiu tridimensional. Într-un univers cu patru dimensiuni spaţiale, intensitatea luminoasă este invers proporţională cu cubul distanţei faţă de sursa de lumină, iar în 5 dimensiuni variază invers proporţional cu puterea a 4-a a distanţei faţă de sursa de lumină. Urmând aceeaşi logică, se ajunge ca într-un univers cu 10 dimensiuni intensitatea să fie invers proporţională cu puterea a 9-a a distanţei faţă de sursa de lumină (adică un factor uriaş cu care scade valoarea intensităţii).

STRINGURI (CORZI)

Să revenim la corzi şi la teoria care le descrie. Dacă reprezentăm printr-o membrană cele 3 dimensiuni spaţiale în care trăim, atunci particulele precum electronii şi quarcurile pot fi imaginate ca fiind corzi ale căror capete sunt fixate şi constrânse în interiorul acestor 3 dimensiuni (fixate deci de acea membrană). Le-am putea reprezenta astfel:

Particulele elementare ataşate membranei 3D
Particule fundamentale (electroni, quarcuri) conectate la o membrană
reprezentând spaţiul tridimensional accesibil oamenilor

 

Conform teoriei stringurilor, particula purtătoare a forţei gravitaţiei, gravitonul, este însă o buclă închisă. Nu are capete prin fixarea cărora să fie constrânsă a "vibra" doar în cele trei dimensiuni pe care noi le percepem. Astfel că, dacă există dimensiuni spaţiale suplimentare, gravitaţia se va propaga liber prin toate, şi nu doar în cele 3 familiare nouă (în mod similar celui descris în paragraful anterior referitor la intensitatea luminoasă). Iar această propagare ar putea explica faptul că noi percepem interacţiunile gravitaţionale ca fiind slabe. Noi simţim doar o mică fracţiune din puterea reală a gravitaţiei deoarece mare parte a acesteia "se strecoară" în celelalte dimensiuni!

EXTRA-DIMENSIUNI

Şi totuşi, unde "se ascund" aceste dimensiuni suplimentare ? O explicaţie posibilă (dar nu unica) este că ele există peste tot în jurul nostru, dar sunt atât de mici încât nu pot fi detectate. Dacă privim un fir sau o sfoară dintr-un anumit material de la o distanţă suficient de mare, acesta este percepută ca fiind o linie, altfel spus o figură unidimensională. Dar pe măsură ce ne apropiem, sau dacă am fi cu mult mai mici în comparaţie cu grosimea acelui fir, celelalte dimensiuni ale firului ar ieşi cu uşurinţă în evidenţă. Dacă privim din ce în mai în profunzime, fiecare punct al spaţiului devine o figură multidimensională. Ar putea arăta cam în acest fel dacă am fi suficient de mici cât să putem percepe obiectele la această dimensiune:

Extradimensiuni
Extradimensiuni - o reprezentare grafică

LHC

Acceleratoarele de particule precum Large Hadron Collider din Elveţia, de la CERN, ciocnesc protoni şi antiprotoni la energii enorme, poate suficiente chiar pentru producerea pe cale artificială a gravitonilor. Dacă acest lucru se va întâmpla, este posibil să fim capabili să detectăm apariţia lor în cele trei dimensiuni accesibile oamenilor, pentru a fi apoi, foarte repede, martorii dispariţiei lor în acele misterioase dimensiuni ascunse simţurilor noastre!

Citiţi şi articolul: "Ce este teoria stringurilor?"


Notă: articolul de mai sus este reproducerea aproximativă a textului folosit în film.
Traducerea: Scientia.ro.
Credit: www.cassiopeiaproject.com

 


Citeşte şi:


Scientia