Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Waarom snaartheorie extra dimensies vereist

De snaartheorie vereist om verschillende redenen extra dimensies naast de vier dimensies van ruimtetijd waarmee we bekend zijn:

1. Annulering van anomalieën:De snaartheorie moet, zoals elke consistente kwantumtheorie, vrij zijn van inconsistenties die bekend staan ​​als anomalieën. Deze anomalieën ontstaan ​​wanneer de theorie wordt gekwantiseerd en kunnen alleen worden geannuleerd als de theorie een bepaald aantal extra dimensies heeft. In het bijzonder zijn tien dimensies vereist om anomalie-opheffing te garanderen.

2. Consistentie van snaarinteracties:In de snaartheorie zijn de fundamentele deeltjes geen puntdeeltjes, maar kleine trillende snaren. Deze snaren kunnen op verschillende manieren met elkaar interacteren, en sommige van deze interacties worden inconsistent als er slechts vier dimensies aanwezig zijn. Door extra dimensies te introduceren kunnen deze interacties echter consistent en goed gedefinieerd worden.

3. Eenwording van krachten:Een van de doelstellingen van de snaartheorie is het verenigen van de fundamentele natuurkrachten, waaronder de zwaartekracht, het elektromagnetisme, de sterke kernkracht en de zwakke kernkracht. Deze eenwording wordt bereikt in hoger-dimensionale snaartheorieën, waarbij de verschillende krachten ontstaan ​​als verschillende trillingsmodi van de snaren.

4. Kaluza-Klein-verdichting:Theodor Kaluza en Oskar Klein kwamen in het begin van de 20e eeuw met een idee dat suggereerde dat extra dimensies in kleine vormen konden worden opgerold, waardoor ze bij lage energieën niet waarneembaar zouden zijn. Dit concept, bekend als Kaluza-Klein-compactificatie, wordt in de snaartheorie gebruikt om uit te leggen waarom we deze extra dimensies in onze dagelijkse wereld niet direct waarnemen.

Het is belangrijk op te merken dat de extra dimensies in de snaartheorie niet lijken op de ruimtelijke dimensies waarmee we bekend zijn. Ze zijn doorgaans erg klein, opgerold of op de een of andere manier verborgen, waardoor ze met de huidige experimentele technieken moeilijk of onmogelijk direct te detecteren zijn.

Het bestaan ​​en de aard van deze extra dimensies blijven onderwerpen van intensief onderzoek en debat in de theoretische natuurkunde.