Co to jest teoria strun w fizyce i kosmologii?
Teoria strun to spekulatywna teoria unifikacyjna w fizyce teoretycznej, zakładająca że fundamentalnymi składnikami materii nie są punktowe cząstki, lecz jednowymiarowe oscylujące obiekty – struny – o rozmiarach rzędu długości Plancka (10^-35 m). Jest kandydatem do teorii wszystkiego, obejmującej zarówno ogólną teorię względności (grawitację) jak i mechanikę kwantową.
Teoria strun przewiduje istnienie przestrzeni o więcej niż czterech wymiarach (10 lub 11 w M-teorii) – nadmiarowe wymiary są zwinięte do rozmiarów niedostrzegalnych. Różne typy drgań struny odpowiadają różnym cząstkom elementarnym – grawiton (kwant grawitacji) jest naturalnie zawarty w spektrum strun, co jest jednym z głównych atutów teorii. Teoria strun przewiduje istnienie supersymetrii i superpartnerów znanych cząstek. Jak dotąd nie wykryto żadnych superpartnerów w LHC, co stawia pod znakiem zapytania najprostsze wersje teorii. Dualność AdS/CFT (Maldacena, 1997) – odkrycie równoważności między teorią strun w zakrzywionym tle a kwantową teorią pola bez grawitacji – znalazło zastosowania w fizyce materii skondensowanej i chrodynamice kwantowej, niezależnie od pełnej prawdziwości teorii.
Teoria strun ma bezpośrednie powiązania z kosmologią: krajobraz strun (string landscape) – olbrzymia liczba możliwych konfiguracji zwiniętych wymiarów (ok. 10^500) – może wyjaśniać antropiczny dobór stałej kosmologicznej; inflacja kosmologiczna ma naturalne modele stringowe; czarne dziury w teorii strun mają policzalne stany mikroskopowe zgodne z entropią Bekensteina-Hawkinga. Mimo braku eksperymentalnych przewidywań teoria strun jest aktywnym obszarem badań matematycznych i teoretycznych, dostarczającym narzędzi dla innych dziedzin fizyki.