Η θεωρία των χορδών

Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων, τα άτομα αποτελούνται από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, τα οποία περιστρέφονται γύρω από θετικά φορτισμένους πυρήνες, που με τη σειρά τους αποτελούνται από θετικά φορτισμένα πρωτόνια και ουδέτερα νετρόνια.

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια ανακαλύφθηκε ότι αποτελούνται από συνδυασμούς δύο άλλων σωματιδίων, το πάνω (up) και κάτω (down) κουάρκ.

Το ηλεκτρόνιο μαζί με τα up/down κουάρκ και το νετρίνο του ηλεκτρονίου (ένα επίσης ουδέτερο και με ελάχιστη μάζα σωματίδιο), είναι τα θεμελιώδη συστατικά που ενώνονται μεταξύ τους προκειμένου να σχηματίσουν τις δομές του μικρόκοσμου και του μακρόκοσμου, από το πρωτόνιο και τα άτομα, μέχρι τις τεράστιες συγκεντρώσεις ύλης που παρατηρούνται στα άστρα και στους γαλαξίες του Σύμπαντος.

Αυτό επιτυγχάνεται διά μέσου τεσσάρων θεμελιωδών φυσικών δυνάμεων:

Η ισχυρή πυρηνική δύναμη κρατά τα κουάρκ κολλημένα μεταξύ τους μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια καθώς και τα πρωτόνια και τα νετρόνια σφιχτοδεμένα μέσα στους πυρήνες των ατόμων. Αφορά ένα μικροσκοπικό πεδίο ύπαρξης, αλλά η δύναμη αυτή είναι τεράστια. 

Η ασθενής πυρηνική δύναμη συνδέεται με τη ραδιενεργό διάσπαση ή την ακτινοβολία των στοιχείων που απαρτίζουν το άτομο. Είναι κι αυτή μια πολύ ισχυρή δύναμη.
Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη συγκρατεί τα ηλεκτρόνια σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα και συνενώνει τα μόρια στη Χημεία και στη Βιοχημεία. 

Η βαρύτητα είναι η δύναμη η οποία έλκει οποιαδήποτε δύο αντικείμενα στο σύμπαν και εξαρτάται από τη μάζα των αντικειμένων και την απόσταση μεταξύ τους. 

Το 1907 ο Albert Einstein προσπαθώντας να καταλάβει πως λειτουργεί η βαρύτητα (πως γίνεται ο Ήλιος να επηρεάζει την κίνηση της Γής μέσω του άδειου από ενέργεια διαστήματος) ανακάλυψε ότι το μέσο που μεταδίδει τη βαρύτητα είναι ο ίδιος ο χώρος. Φανταστείτε ότι ο χώρος είναι ένα επίπεδο υπόστρωμα (σαν ένα απλωμένο σεντόνι) όταν δεν υπάρχει μάζα παρούσα, εάν όμως υπάρχει μάζα όπως ο Ήλιος αναγκάζεται να στρεβλωθεί να καμπυλωθεί (σα να ρίχναμε πάνω στο σεντόνι ένα βαρύ σφαιρίδιο) και αυτό μεταδίδει τη δύναμη της βαρύτητας. Ακόμα και η Γή καμπυλώνει το χώρο γύρω της με αποτέλεσμα η Σελήνη παραμένει σε τροχιά επειδή περιστρέφεται γύρω από μία κοιλάδα σε ένα καμπύλο περιβάλλον.

Στις κβαντικές θεωρίες όμως, η αλληλεπίδραση μεταξύ δύο σωματιδίων θεωρήθηκε ως η εικονική ανταλλαγή ενός τρίτου σωματιδίου. Όσον αφορά την ισχυρή πυρηνική δύναμη φέροντα σωματίδια είναι τα γλοιόνια ή γλουόνια ενώ για την ασθενή πυρηνική δύναμη φέροντα σωματίδια είναι τα λεγόμενα μποζόνια W και Ζ. Στην περίπτωση της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης το φέρον σωματίδιο είναι το φωτόνιο, το αντίστοιχο φέρον σωματίδιο της βαρύτητας είναι το γκραβιτόνιο (βαρυτόνιο), η ύπαρξή του όμως δεν έχει ακόμη αποδειχθεί.

Οι φυσικοί σήμερα πιστεύουν ότι οι τέσσερις θεμελιώδεις φυσικές δυνάμεις που περιγράψαμε παραπάνω, είναι διαφορετικές εκδηλώσεις μιας και μοναδικής συμπαντικής υπερδύναμης και έτσι όλοι οι νόμοι της δημιουργίας μπορούν να ενσωματωθούν σε μία και μόνο θεωρία.

Η θεωρία χορδών γεννήθηκε όταν ο Ιταλός φυσικός Gabrielle Veneziano, το 1968 στο CERN, διαπίστωσε ότι κάποιες πυρηνικές ιδιότητες μπορούσαν να συσχετιστούν μέσω της Συνάρτησης Βήτα του Euler η οποία περιγράφει μια παλλόμενη χορδή. Τελικά η ολοκληρωμένη Θεωρία των Χορδών διατυπώθηκε το 1984 από τους Green και Schwarz.

Έχουν διατυπωθεί πέντε διαφορετικές θεωρίες των χορδών οι οποίες έχουν πολλά κοινά σημεία αλλά διαφέρουν σημαντικά ως προς τη μαθηματική τους δομή. Τελικά αποδείχτηκε ότι αυτές ήταν στην πραγματικότητα πέντε διαφορετικοί τρόποι θεώρησης του ίδιου πράγματος. Έτσι ενοποιήθηκαν σε μία θεωρία, τη λεγόμενη Μ-θεωρία.

Πριν από την θεωρία των χορδών οι φυσικοί πίστευαν ότι τα θεμελιώδη δομικά συστατικά της ύλης ήταν απλώς σημεία στο χώρο. Στη θεωρία χορδών αυτό που μέχρι τώρα θεωρούσαμε σημείο στο χώρο, αντικαθίσταται από μία παλλόμενη ίνα ενέργειας που διαθέτει μόνο μήκος και ονομάζεται χορδή.

Οι χορδές μπορεί να έχουν άκρες (ανοικτές χορδές) και να μοιάζουν με τρίχα ή μπορεί να σχηματίζουν βρόχους (κλειστές χορδές) και να μοιάζουν με λαστιχάκι. Καθώς μια χορδή κινείται μέσω του χρόνου σχεδιάζει έναν σωλήνα (κλειστή) ή ένα φύλλο (ανοικτή).

Οι χορδές ταλαντώνονται με διαφορετικές συχνότητες δημιουργώντας τους διαφορετικούς τύπους των σωματιδίων, τα οποία συνδυάζονται κατάλληλα ώστε να δημιουργήσουν την ύλη όπως την ξέρουμε. Δεν μπορούμε όμως να αντιληφθούμε τα σωματίδια σαν χορδές διότι έχουν μήκος μόλις 10-33 cm και μηδενικό πάχος, είναι δηλαδή μονοδιάστατες.

Η ίδια ιδέα εφαρμόζεται και στις δυνάμεις της φύσης, τα σωματίδια των δυνάμεων σχετίζονται επίσης με ορισμένους τρόπους ταλάντωσης των χορδών.

Για να έχουν νόημα οι χορδές απαιτούνται τουλάχιστον 10 χωρικές και 1 χρονική διάσταση από τις οποίες οι υπόλοιπες διαστάσεις (πέρα των 4 διαστάσεων του χώρου και του χρόνου) δεν μοιάζουν με αυτές που ξέρουμε, αλλά είναι καμπυλωμένες (τυλιγμένες) σ' ένα χώρο με πολύ μικρό μέγεθος που είναι αδύνατον να αντιληφθούμε.

Το κυκλικό σύμπαν αποτελεί ένα μοντέλο προέλευσης του Κόσμου (με βάση την θεωρία χορδών) στο οποίο το σύμπαν θεωρείται σαν μια μεμβράνη ή βράνη. Στην ουσία η θεωρία πιστεύει ότι το σύμπαν μας (με τη μορφή βράνης) υπάρχει μέσα σε ένα πολυδιάστατο υπερχώρο, όπου υπάρχουν και άλλες βράνες που αντιπροσωπεύουν παράλληλα με το δικό μας σύμπαντα.

Οι άλλοι κόσμοι-βράνες είναι σύμπαντα που επιπλέουν σε μία πέμπτη διάσταση. Παραμένουν όμως αόρατες επειδή τα σωματίδια και το φως δεν μπορούν να ταξιδέψουν μέσω της πέμπτης διάστασης. Η βαρύτητα είναι η μόνη δύναμη που μπορεί να κινηθεί μέσα από την πέμπτη διάσταση δημιουργώντας πιθανές συγκρούσεις μεταξύ τους.

Όταν μία από τις συνοριακές βράνες κινείται αργά αλλά σταθερά προς μία άλλη, συρρικνώνει την πέμπτη διάσταση και όταν συγκρουστούν η πέμπτη διάσταση καταρρέει εντελώς (Μεγάλη Σύνθλιψη). Στην συνέχεια αναπηδούν προς αντίθετες κατευθύνσεις και αρχίζουν να απομακρύνονται, αναδημιουργώντας την πέμπτη διάσταση (Μεγάλη Έκρηξη).

πηγή