Constituenţi fundamentali ai Universului, particulele identificate de fizicieni până în prezent ca aparţinând Modelului Standard – electroni, neutrini, quarcuri ş.a.m.d. - reprezintă un veritabil alfabet al materiei. Asemenea literelor – omoloagele lingvistice ale particulelor elementare – aceste elemente fundamentale reprezintă cele mai mici componente ale materiei identificate cu mijloacele pe care le posedă ştiinţa astăzi. Conform celor observate până în prezent, se pare că nu există o substructură sau nişte sub-particule care să intre în componenţa acestor constituenţi fundamentali.

Teoria stringurilor (teoria sforilor, după cum mai este numită) susţine însă contrariul. Potrivit acestei teorii, dacă am avea la dispoziţie o tehnologie care să ne permită să vizualizăm materia la un ordin de magnitudine mult inferior celui observabil cu instrumentele actuale, am constata că aceste particule fundamentale nu sunt punctiforme, aşa cum le descrie ştiinţa astăzi, ci sunt constituite din minuscule bucle unidimensionale. Autorii şi adepţii acestei teorii descriu stringurile (sau corzile, sforile etc.) ca pe nişte filamente minuscule care vibrează sau oscilează într-o singură dimensiune.

Figura de mai jos ilustrează ideea principală a teoriei stringurilor, plecând de la un măr şi pătrunzând la scări succesiv mai mici în structura internă a acestuia şi a constituenţilor săi.

 

Teoria stringurilor
 
 
 

 

La ce ajută teoria stringurilor?

Deşi nicidecum evident, simpla înlocuire a particulei elementare de tip punctiform cu stringuri rezolvă o incompatibilitate majoră a fizicii moderne, cea dintre mecanica cuantică şi teoria generală a relativităţii (teorii incompatibile în forma lor actuală). Teoria stringurilor dezleagă astfel nodul gordian al fizicii teoretice contemporane. Aceasta este o realizare extraordinară, dar reprezintă doar unul din motivele pentru care teoria stringurilor s-a bucurat de un succes imens.

 

Einstein şi teoria unificată a câmpului

În anii în care Einstein uimea comunitatea ştiinţifică cu teoria relativităţii, forţele nucleare tare şi slabă nu fuseseră încă descoperite, iar cele două forţe fundamentale cunoscute pe atunci, gravitaţia şi electromagnetismul, păreau imposibil de descris în cadrul unei teorii unice. Einstein credea cu tărie în faptul că natura poate fi descrisă în integralitatea sa pe baza unei teorii care să demonstreze faptul că aceste două forţe nu sunt decât manifestări diferite ale aceluiaşi principiu fundamental unificator. Celebrul fizician a pornit într-o căutare ce avea să dureze 30 de ani a unei aşa-zise teorii unificate a câmpului. A fost cauza pentru care s-a izolat de comunitatea fizicienilor mai tineri care erau fascinaţi pe atunci de progresele înregistrate în zona mecanicii cuantice.

Deşi fără succes şi singur la vremea respectivă în iniţiativa sa de a găsi o teorie care să descrie unitar Universul, timpul a dovedit că întreprinderea lui Einstein a venit prea devreme. Ca de multe alte ori, Einstein fusese cu mult înaintea timpului său. După mai bine de o jumătate de secol, visul găsirii unei teorii unificate a devenit principala preocupare a fizicii teoretice. Iar o mare parte a comunităţii matematicienilor şi fizicienilor consideră că teoria stringurilor este cel mai bun candidat în această competiţie. Plecând de la principiul că la un nivel microscopic fundamental totul este format din corzi vibrante, teoria stringurilor oferă o platformă care reuşeşte să descrie la nivel teoretic toate forţele şi particulele fundamentale ale fizicii moderne.

 

Particulele - manifestări ale vibraţiei stringurilor

Teoria stringurilor introduce ideea că toate proprietăţile particulelor observabile care fac parte din ceea ce numim actualmente Modelul Standard (şi e vorba atât despre particulele fundamentale, cât şi despre particulele forţă asociate cu cele patru forţe fundamentale – electromagnetismul, gravitaţia, forţele nucleare tare şi slabă), proprietăţi precum masele şi sarcinile lor electrice diferite, sunt rezultatul diverselor moduri în care un string poate să vibreze. Asemenea corzilor unui violoncel sau ale unui pian, care au frecvenţe de rezonanţă specifice – pe care urechea umană le percepe ca note muzicale diferite – la fel putem privi corzile din teoria stringurilor. Numai că, în loc să dea naştere diverselor note muzicale, fiecare dintre caracteristicile particulelor elementare ale Modelului Standard sunt determinate de şabloanele de oscilaţie ale unor aşa-zise stringuri. Electronul îşi datorează proprietăţile unui anume tip de vibraţie a stringurilor, quarcul-up unui alt model de oscilaţie, ş.a.m.d.

Departe de a fi o colecţie de date experimentale haotice, proprietăţile particulelor, aşa cum reies ele din teoria stringurilor, sunt manifestări ale aceloraşi caracteristici fizice: vibraţiile sau oscilaţiile unor corzi (denumite şi bucle sau stringuri) – constituenţi unidimensionali fundamentali ai materiei. Ideea se aplică şi particulelor-forţă, astfel că totul, materie sau forţă, devine interpretabil prin prisma oscilaţiei acestor corzi, altfel spus a “notelor muzicale” pe care ele le produc.

 

Sunt toţi fizicienii fericiţi cu teoria stringurilor?

Deşi teoria stringurilor pare a fi salutară din perspectiva unificării celor două teorii fundamentale, mecanica cuantică şi teoria generală a relativităţii, această teorie nu este încă îmbrăţişată de majoritatea fizicienilor. Principalul argument împotriva acesteia este imposibilitatea efectuării de experimente care să arate că teoria are baze reale. Deşi o frumoasă construcţie matematică, în acest moment istorie nu sunt posibile măsurători la o scară atât de mică precum cea la care ar putea fi observabile stringurile. Aşadar, mulţi fizicieni privesc teoria stringurilor ca pe o simplă teorie, iar nu ca pe o descriere a realităţii.

 

 

Articol inspirat de programul PBS NOVA "The elegant universe".