Οι πρώτες κβαντικές θεωρίες χορδών αναπτύχθηκαν γύρω στο 1970, πριν από την ανακάλυψη της κβαντικής χρωμοδυναμικής (QCD), με στόχο την δημιουργία μιας θεωρίας των αδρονίων. Οι βασικές φυσικές απαιτήσεις και η μαθηματική συνέπεια των θεωριών των χορδών που ήταν γνωστές εκείνη την εποχή αποδείχθηκε ότι απαιτούσαν τη συμπερίληψη της βαρύτητας και την ύπαρξη επιπλέον χωρικών διαστάσεων. Κι αυτό είχε εκπλήξει όλους όσους συμμετείχαν στην έρευνα. Οδήγησε σε έναν εντελώς νέο και πολύ φιλόδοξο στόχο για την έρευνα της θεωρίας χορδών, δηλαδή μια ενοποιημένη κβαντική θεωρία της βαρύτητας και όλων των άλλων δυνάμεων. Συγκεκριμένα, αυτός ο στόχος απαιτούσε η τάση της χορδής να είναι 20 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από ό,τι αρχικά είχε υποτεθεί, μια απαίτηση που εξακολουθεί να υφίσταται πενήντα χρόνια μετά.
Η θεωρία των χορδών έχει μια παράξενη ιστορία: Προέκυψε από την προσπάθεια να επιλυθεί ένα εντελώς διαφορετικό πρόβλημα από αυτό για το οποίο χρησιμοποιείται σήμερα. Για πρώτη φορά αναπτύχθηκε την διετία 1968-1970 στο πλαίσιο της προσπάθειας να κατανοηθεί η ισχυρή πυρηνική δύναμη. Στα μέσα της δεκαετίας του 1970 εμφανίστηκε μια άλλη θεωρία, η κβαντική χρωμοδυνμαική, η οποία περιέγραφε επιτυχώς τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Αποτέλεσμα ήταν να εγκαταλείψουν πολλοί τη θεωρία των χορδών, μολονότι στη διάρκεια της αρχικής της περιόδου είχε γίνει πολλή δουλειά.
Οι John Schwarz και Joël Scherk που δεν την εγκατέλειψαν, παρατήρησαν ότι ένα από τα προβλήματα που ανέκυπταν όταν προσπαθούσαν να περιγράψουν τις πυρηνικές δυνάμεις με τη θεωρία των χορδών ήταν η εμφάνιση ενός παράξενου σωματιδίου, το οποίο δεν μπορούσε να ενταχθεί στην περιοχή των ισχυρών αλληλεπιδράσεων. Δηλαδή, ήταν ένα σωματίδιο χωρίς μαζα, με δυο σπιν 2, και απλά δεν αντιστοιχούσε σε κανένα παρατηρήσιμο σωματίδιο των πυρηνικών διαδικασιών. Όμως αυτό ακριβώς ήταν το είδος του σωματιδίου που υπήρχε στη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, δηλαδή στη θεωρία της βαρύτητας, το οποίο συνήθως ονομάζεται βαρυτόνιο – το κβαντομηχανικό σωματίδιο που μεταφέρει την βαρυτική δύναμη.
Η βαρύτητα διαφέρει πολύ από την ισχυρή πυρηνική δύναμη. Σε κανονικές συνθήκες, είναι πολύ πολύ πιο ασθενής. Αφού λοιπόν υπήρχε ένα τέτοιο σωματίδιο στη θεωρία οι Schwarz και Scherk αποφάσισαν να εγκαταλείψουν την προσπάθεια περιγραφής των ισχυρών πυρηνικών δυνάμεων μέσω των χορδών, και να εξετάσουν πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτή τη θεωρία για να περιγράψουν τη βαρύτητα και ταυτόχρονα τις άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις. Το ελάττωμα έγινε προτέρημα, αλλά αυτό απαιτούσε δραματικές αλλαγές, διότι έπρεπε οι χορδές να είνα πολύ μικρότερες απ’ όσο αρχικά πίστευαν.
Μια άλλη δυσκολία που αντιμετώπισαν, αρκετά διασκεδαστική, ήταν ότι η μαθηματική συνέπεια της θεωρίας απαιτούσε τον χωροχρόνο να έχει περισσότερες διαστάσεις. Αρχικά, υπέθεσαν έναν χώρο εικοσιέξι διαστάσεων, αλλά σε μια βελτιωμένη μορφή που προτάθηκε από τους Pierre Ramond, André Neveu και John Schwarz, o ο αριθμός αυτός ελαττώθηκε στις δέκα διαστάσεις και στην πραγματικότητα αποτελούσε μια παραλλαγή της δεκαδιάστατης θεωρίας που έγινε «της μόδας» στη συνέχεια.
Η ιστορία της θεωρίας χορδών είναι ιστορία ενοποίησης: των σωματιδίων και των δυνάμεων, των θεωρητικών των σωματιδίων και των σχετικιστών, των μαθηματικών και της φυσικής. Ένα συναρπαστικό ταξίδι που συνεχίζεται ακόμα. Μετά από μια δεκαετία στο σκοτάδι (1974-84), η θεωρία των υπερχορδών έγινε ξαφνικά κυριάρχη τάση. Πολλά έχουν συμβεί από το 1984, μια περίοδο 40 ετών. Κατά την διάρκεια της δεύτερης επανάστασης των υπερχορδών στα μέσα της δεκαετίας του 1990 ανακαλύφθηκαν πολλά επιπλέον σημαντικά αποτελέσματα: δυαδικότητες, θεωρία Μ, εντροπία μαύρης τρύπας, θεωρία F κ.λπ. Σημαντική ήταν επίσης, η ανακάλυψη της ολογραφικής δυαδικότητας AdS/CFT. Οι τωρινές έρευνες περιλαμβάνουν νέους τύπους συμμετριών, το πρόγραμμα swampland (βάλτος) και την ουράνια ολογραφία.
Ένα προφανές ερώτημα είναι «Πού είναι τα πειραματικά στοιχεία;»
Πριν την λειτουργία του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN, υπήρχε αισιοδοξία για την ανακάλυψη νέων σωματιδίων που είναι υπερσυμμετρικοί σύνντροφοι γνωστών σωματιδίων, αλλά μέχρι στιγμής αυτό δεν έχει συμβεί. Μια τέτοια ανακάλυψη δεν θα αποδείκνυε ότι η θεωρία των χορδών είναι σωστή, αλλά θα ήταν εξαιρετικά διδακτική, κάτι που ίσως οδηγούσε τελικά σε ένα νέο Καθιερωμένο Πρότυπο. Μια τέτοια θεωρία θα μπορούσε να αποτελέσει καλύτερο στόχο για προσεγγίσεις «από πάνω προς τα κάτω».
Η πρόσφατη εκδοχή μιας πρότασης σκοτεινής διάστασης υποδεικνύει την πιθανή ύπαρξη μιας πέμπτης διάστασης σε κλίμακα μικρόμετρων (μm) που υποστηρίζει μόνο δυνάμεις βαρυτικής ισχύος. Κι αυτό θα μπορούσε να αποδειχθεί πειραματικά. Επίσης, υπάρχει σημαντική προσπάθεια για τη μελέτη των πιθανών επιπτώσεων της θεωρίας χορδών για την πρώιμη κοσμολογία του σύμπαντος, κάτι που μπορεί να είναι επίσης αρκετά διαφωτιστικό.
Φαίνεται αρκετά πιθανή η πρόβλεψη ότι θα χρειαστεί πολύς χρόνος για να καταλάβουμε πώς να συνδέσουμε τη θεωρία χορδών με το πείραμα σε όλες τις κλίμακες. Ωστόσο, είμαι αισιόδοξος ότι είναι εφικτό.
Αυτά υποστηρίζει ο φυσικός John H. Schwarz, στο πρόσφατο άρθρο του με τίτλο «From Hadrons to Gravitons via Strings» που μπορείτε να διαβάσετε ΕΔΩ: https://arxiv.org/abs/2412.16885
Κατηγορίες:ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ
physicsgg 
Σχολιάστε