सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत डमी के लिए लोकप्रिय भाषा

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

सुपरस्ट्रिंग थ्योरी, लोकप्रिय भाषा में, ब्रह्मांड को ऊर्जा के कंपन तारों के संग्रह के रूप में दर्शाती है - तार। वे प्रकृति की नींव हैं। परिकल्पना अन्य तत्वों का भी वर्णन करती है - ब्रैन्स। हमारी दुनिया में सभी पदार्थ तार और ब्रैन के कंपन से बना है। सिद्धांत का एक स्वाभाविक परिणाम गुरुत्वाकर्षण का वर्णन है। यही कारण है कि वैज्ञानिकों का मानना है कि गुरुत्वाकर्षण को अन्य बलों के साथ जोड़ने की कुंजी है।

अवधारणा विकसित हो रही है

एकीकृत क्षेत्र सिद्धांत, सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत, विशुद्ध रूप से गणितीय है। सभी भौतिक अवधारणाओं की तरह, यह उन समीकरणों पर आधारित है जिनकी व्याख्या कुछ निश्चित तरीकों से की जा सकती है।

आज कोई नहीं जानता कि इस सिद्धांत का अंतिम रूप क्या होगा। वैज्ञानिकों के पास इसके सामान्य तत्वों का एक अस्पष्ट विचार है, लेकिन कोई भी अभी तक एक निश्चित समीकरण के साथ नहीं आया है जो सभी सुपरस्ट्रिंग सिद्धांतों को कवर करेगा, और प्रयोगात्मक रूप से यह अभी तक इसकी पुष्टि करने में सक्षम नहीं है (हालांकि इसे अस्वीकार करने के लिए भी नहीं). भौतिकविदों ने समीकरण के सरलीकृत संस्करण बनाए हैं, लेकिन अभी तक यह हमारे ब्रह्मांड का पूरी तरह से वर्णन नहीं करता है।

शुरुआती के लिए सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत

परिकल्पना पांच प्रमुख विचारों पर आधारित है।

1. सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि हमारी दुनिया में सभी वस्तुएं कंपन करने वाले तंतुओं और ऊर्जा की झिल्लियों से बनी हैं।
2. वह क्वांटम भौतिकी के साथ सामान्य सापेक्षता (गुरुत्वाकर्षण) को संयोजित करने का प्रयास करती है।
3. सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत ब्रह्मांड की सभी मूलभूत शक्तियों को एकजुट करेगा।
4. यह परिकल्पना दो मौलिक रूप से भिन्न प्रकार के कणों, बोसॉन और फ़र्मियन के बीच एक नए संबंध, सुपरसिमेट्री की भविष्यवाणी करती है।
5. यह अवधारणा ब्रह्मांड के कई अतिरिक्त, आमतौर पर न देखे जा सकने वाले आयामों का वर्णन करती है।

स्ट्रिंग्स और ब्रैन्स

1970 के दशक में जब सिद्धांत का उदय हुआ तो उसमें ऊर्जा के धागों को एक-आयामी वस्तु-स्ट्रिंग माना जाता था। "एक-आयामी" शब्द का अर्थ है कि स्ट्रिंग में केवल 1 आयाम है, लंबाई, इसके विपरीत, उदाहरण के लिए, एक वर्ग, जिसमें लंबाई और ऊंचाई दोनों हैं।

सिद्धांत इन सुपरस्ट्रिंग को दो प्रकारों में विभाजित करता है - बंद और खुला। एक खुले तार के सिरे होते हैं जो एक दूसरे को स्पर्श नहीं करते हैं, जबकि एक बंद डोरी एक ऐसा लूप है जिसमें कोई खुला सिरा नहीं है। नतीजतन, यह पाया गया कि ये तार, जिन्हें पहले प्रकार के तार कहा जाता है, 5 मुख्य प्रकार के अंतःक्रियाओं के अधीन हैं।

इंटरैक्शन एक स्ट्रिंग के सिरों को जोड़ने और अलग करने की क्षमता पर आधारित होते हैं। चूंकि खुले तारों के सिरे आपस में जुड़कर बंद तार बना सकते हैं, इसलिए एक सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत का निर्माण करना असंभव है जिसमें लूप वाले तार शामिल नहीं हैं।

यह महत्वपूर्ण साबित हुआ, क्योंकि बंद तारों में गुण होते हैं, भौतिकविदों का मानना है, जो गुरुत्वाकर्षण का वर्णन कर सकता है। दूसरे शब्दों में, वैज्ञानिकमहसूस किया कि सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत, पदार्थ के कणों की व्याख्या करने के बजाय, उनके व्यवहार और गुरुत्वाकर्षण का वर्णन कर सकता है।

कई वर्षों के बाद यह पता चला कि, तार के अलावा, सिद्धांत के लिए अन्य तत्व आवश्यक हैं। उन्हें चादरें, या चोकर के रूप में माना जा सकता है। स्ट्रिंग्स को एक तरफ या दोनों तरफ से जोड़ा जा सकता है।

क्वांटम ग्रेविटी

आधुनिक भौतिकी के दो मुख्य वैज्ञानिक नियम हैं: सामान्य सापेक्षता (जीआर) और क्वांटम। वे विज्ञान के पूरी तरह से अलग क्षेत्रों का प्रतिनिधित्व करते हैं। क्वांटम भौतिकी सबसे छोटे प्राकृतिक कणों का अध्ययन करती है, और जीआर, एक नियम के रूप में, ग्रहों, आकाशगंगाओं और पूरे ब्रह्मांड के पैमाने पर प्रकृति का वर्णन करता है। वे परिकल्पनाएँ जो उन्हें एक करने का प्रयास करती हैं, क्वांटम गुरुत्व सिद्धांत कहलाती हैं। उनमें से सबसे आशाजनक आज स्ट्रिंग है।

बंद धागे गुरुत्वाकर्षण के व्यवहार के अनुरूप हैं। विशेष रूप से, उनके पास गुरुत्वाकर्षण के गुण होते हैं, एक कण जो वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण करता है।

बलों में शामिल होना

स्ट्रिंग सिद्धांत चार बलों - विद्युत चुम्बकीय, मजबूत और कमजोर परमाणु बलों, और गुरुत्वाकर्षण - को एक में मिलाने की कोशिश करता है। हमारी दुनिया में, वे खुद को चार अलग-अलग घटनाओं के रूप में प्रकट करते हैं, लेकिन स्ट्रिंग सिद्धांतकारों का मानना है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में, जब ऊर्जा के अविश्वसनीय रूप से उच्च स्तर थे, इन सभी बलों को एक दूसरे के साथ बातचीत करने वाले तारों द्वारा वर्णित किया गया है।

सुपरसिमेट्री

ब्रह्मांड के सभी कणों को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: बोसॉन और फ़र्मियन। स्ट्रिंग सिद्धांतभविष्यवाणी करता है कि उनके बीच एक संबंध है, जिसे सुपरसिमेट्री कहा जाता है। सुपरसिमेट्री में, प्रत्येक बोसोन के लिए एक फर्मियन और प्रत्येक फर्मियन के लिए एक बोसॉन होना चाहिए। दुर्भाग्य से, ऐसे कणों के अस्तित्व की प्रयोगात्मक पुष्टि नहीं हुई है।

सुपरसिमेट्री भौतिक समीकरणों के तत्वों के बीच एक गणितीय संबंध है। यह भौतिकी के एक अन्य क्षेत्र में खोजा गया था, और इसके अनुप्रयोग ने 1970 के दशक के मध्य में सुपरसिमेट्रिक स्ट्रिंग थ्योरी (या सुपरस्ट्रिंग थ्योरी, लोकप्रिय बोलचाल में) का नाम बदलने का नेतृत्व किया।

सुपरसिमेट्री के लाभों में से एक यह है कि यह कुछ चर को समाप्त करने की अनुमति देकर समीकरणों को बहुत सरल करता है। सुपरसिमेट्री के बिना, समीकरण भौतिक विरोधाभासों जैसे अनंत मूल्यों और काल्पनिक ऊर्जा स्तरों को जन्म देते हैं।

चूंकि वैज्ञानिकों ने सुपरसिमेट्री द्वारा भविष्यवाणी किए गए कणों को नहीं देखा है, यह अभी भी एक परिकल्पना है। कई भौतिकविदों का मानना है कि इसका कारण महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता है, जो कि प्रसिद्ध आइंस्टीन समीकरण E=mc² द्वारा द्रव्यमान से संबंधित है। ये कण प्रारंभिक ब्रह्मांड में मौजूद हो सकते थे, लेकिन जैसे ही यह ठंडा हुआ और बिग बैंग के बाद ऊर्जा फैल गई, ये कण निम्न ऊर्जा स्तरों में चले गए।

दूसरे शब्दों में, उच्च-ऊर्जा कणों के रूप में कंपन करने वाले तार अपनी ऊर्जा खो देते हैं, जिससे वे कम कंपन तत्वों में बदल जाते हैं।

वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि खगोलीय अवलोकन या कण त्वरक के साथ प्रयोग कुछ सुपरसिमेट्रिक तत्वों को उच्च के साथ प्रकट करके सिद्धांत की पुष्टि करेंगे।ऊर्जा।

अतिरिक्त माप

स्ट्रिंग थ्योरी का एक और गणितीय परिणाम यह है कि यह तीन से अधिक आयामों वाली दुनिया में समझ में आता है। इसके लिए वर्तमान में दो स्पष्टीकरण हैं:

1. अतिरिक्त आयाम (उनमें से छह) ढह गए हैं, या, स्ट्रिंग थ्योरी शब्दावली में, अविश्वसनीय रूप से छोटे आकारों में संकुचित हो गए हैं जिन्हें कभी नहीं माना जाएगा।
2. हम 3डी ब्रेन में फंस गए हैं, और अन्य आयाम इससे आगे बढ़ते हैं और हमारे लिए दुर्गम हैं।

सिद्धांतकारों के बीच शोध की एक महत्वपूर्ण पंक्ति गणितीय मॉडलिंग है कि ये अतिरिक्त निर्देशांक हमारे से कैसे संबंधित हो सकते हैं। नवीनतम परिणाम भविष्यवाणी करते हैं कि वैज्ञानिक जल्द ही आगामी प्रयोगों में इन अतिरिक्त आयामों (यदि वे मौजूद हैं) का पता लगाने में सक्षम होंगे, क्योंकि वे पहले की अपेक्षा से बड़े हो सकते हैं।

उद्देश्य को समझना

सुपरस्ट्रिंग की खोज करते समय वैज्ञानिक जिस लक्ष्य के लिए प्रयास करते हैं, वह एक "सब कुछ का सिद्धांत" है, अर्थात, एक एकल भौतिक परिकल्पना जो संपूर्ण भौतिक वास्तविकता को एक मौलिक स्तर पर वर्णित करती है। अगर यह सफल रहा तो यह हमारे ब्रह्मांड की संरचना के बारे में कई सवालों को स्पष्ट कर सकता है।

पदार्थ और द्रव्यमान की व्याख्या

आधुनिक शोध का एक मुख्य कार्य वास्तविक कणों का समाधान खोजना है।

स्ट्रिंग सिद्धांत एक अवधारणा के रूप में शुरू हुआ जो एक स्ट्रिंग के विभिन्न उच्च कंपन अवस्थाओं में हैड्रॉन जैसे कणों का वर्णन करता है। अधिकांश आधुनिक फॉर्मूलेशन में, हमारे में देखा गया मामलाब्रह्मांड, सबसे कम ऊर्जा वाले तारों और ब्रैनों के कंपन का परिणाम है। उच्च कंपन उच्च-ऊर्जा कण उत्पन्न करते हैं जो वर्तमान में हमारी दुनिया में मौजूद नहीं हैं।

इन प्राथमिक कणों का द्रव्यमान इस बात का प्रकटीकरण है कि कैसे तार और ब्रैन्स को संकुचित अतिरिक्त आयामों में लपेटा जाता है। उदाहरण के लिए, एक सरलीकृत मामले में जहां उन्हें एक डोनट आकार में मोड़ा जाता है, जिसे गणितज्ञों और भौतिकविदों द्वारा टोरस कहा जाता है, एक स्ट्रिंग इस आकृति को दो तरीकों से लपेट सकती है:

• टोरस के बीच से होकर जाने वाला छोटा लूप;
• टोरस की पूरी बाहरी परिधि के चारों ओर एक लंबा लूप।

एक छोटा लूप एक हल्का कण होगा, और एक बड़ा लूप एक भारी होगा। टॉरॉयडल कॉम्पैक्टीफाइड आयामों के चारों ओर तार लपेटने से विभिन्न द्रव्यमान वाले नए तत्व उत्पन्न होते हैं।

सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत संक्षेप में और स्पष्ट रूप से, सरल और सुरुचिपूर्ण ढंग से लंबाई के द्रव्यमान में परिवर्तन की व्याख्या करता है। यहां मुड़े हुए आयाम टोरस की तुलना में बहुत अधिक जटिल हैं, लेकिन सिद्धांत रूप में वे उसी तरह काम करते हैं।

यह भी संभव है, हालांकि कल्पना करना मुश्किल है, कि स्ट्रिंग एक ही समय में दो दिशाओं में टोरस के चारों ओर लपेटती है, जिसके परिणामस्वरूप एक अलग द्रव्यमान के साथ एक अलग कण होता है। ब्रैन्स अतिरिक्त आयाम भी लपेट सकते हैं, और भी अधिक संभावनाएं पैदा कर सकते हैं।

स्थान और समय का निर्धारण

सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत के कई संस्करणों में, आयाम ढह जाते हैं, जिससे वे प्रौद्योगिकी विकास के वर्तमान स्तर पर देखने योग्य नहीं होते हैं।

वर्तमान में यह स्पष्ट नहीं है कि क्या स्ट्रिंग सिद्धांत अंतरिक्ष और समय की मौलिक प्रकृति की व्याख्या कर सकता हैआइंस्टीन से भी ज्यादा। इसमें, माप तारों की बातचीत के लिए पृष्ठभूमि हैं और इसका कोई स्वतंत्र वास्तविक अर्थ नहीं है।

सभी स्ट्रिंग इंटरैक्शन के कुल योग के व्युत्पन्न के रूप में स्पेस-टाइम के प्रतिनिधित्व के संबंध में स्पष्टीकरण की पेशकश की गई है, पूरी तरह से विकसित नहीं हुई है।

यह दृष्टिकोण कुछ भौतिकविदों के विचारों से मेल नहीं खाता, जिसके कारण परिकल्पना की आलोचना हुई। लूप क्वांटम ग्रेविटी का प्रतिस्पर्धी सिद्धांत एक शुरुआती बिंदु के रूप में अंतरिक्ष और समय के परिमाणीकरण का उपयोग करता है। कुछ लोगों का मानना है कि यह एक ही मूल परिकल्पना के लिए सिर्फ एक अलग दृष्टिकोण होगा।

गुरुत्वाकर्षण का परिमाणीकरण

इस परिकल्पना की मुख्य उपलब्धि, यदि इसकी पुष्टि हो जाती है, तो गुरुत्वाकर्षण का क्वांटम सिद्धांत होगा। सामान्य सापेक्षता में गुरुत्वाकर्षण का वर्तमान विवरण क्वांटम भौतिकी के साथ असंगत है। उत्तरार्द्ध, छोटे कणों के व्यवहार पर प्रतिबंध लगाकर, बहुत छोटे पैमाने पर ब्रह्मांड का पता लगाने की कोशिश करते समय विरोधाभासों की ओर ले जाता है।

बलों का एकीकरण

वर्तमान में, भौतिक विज्ञानी चार मूलभूत शक्तियों को जानते हैं: गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और मजबूत परमाणु संपर्क। यह स्ट्रिंग थ्योरी से इस प्रकार है कि वे सभी एक बार एक की अभिव्यक्ति थे।

इस परिकल्पना के अनुसार, जब से प्रारंभिक ब्रह्मांड बिग बैंग के बाद ठंडा हुआ, यह एकल अंतःक्रिया अलग-अलग लोगों में टूटने लगी जो आज सक्रिय हैं।

उच्च ऊर्जा प्रयोग एक दिन हमें इन बलों के एकीकरण की खोज करने की अनुमति देंगे, हालांकि ऐसे प्रयोग प्रौद्योगिकी के वर्तमान विकास से बहुत दूर हैं।

पांच विकल्प

1984 में सुपरस्ट्रिंग क्रांति के बाद, विकास तेज गति से किया गया था। नतीजतन, एक अवधारणा के बजाय, पांच, नाम प्रकार I, IIA, IIB, HO, HE थे, जिनमें से प्रत्येक ने लगभग पूरी तरह से हमारी दुनिया का वर्णन किया, लेकिन पूरी तरह से नहीं।

भौतिकविदों ने एक सार्वभौमिक सत्य सूत्र खोजने की आशा में स्ट्रिंग थ्योरी के संस्करणों के माध्यम से छँटाई करते हुए, 5 अलग-अलग आत्मनिर्भर संस्करण बनाए हैं। उनके कुछ गुण दुनिया की भौतिक वास्तविकता को दर्शाते हैं, अन्य वास्तविकता के अनुरूप नहीं थे।

एम-सिद्धांत

1995 में एक सम्मेलन में भौतिक विज्ञानी एडवर्ड विटेन ने पांच परिकल्पनाओं की समस्या का एक साहसिक समाधान प्रस्तावित किया। नए खोजे गए द्वैत के आधार पर, वे सभी एक ही व्यापक अवधारणा के विशेष मामले बन गए, जिसे विटन का सुपरस्ट्रिंग का एम-सिद्धांत कहा जाता है। इसकी प्रमुख अवधारणाओं में से एक ब्रैन्स (झिल्ली के लिए छोटा), 1 से अधिक आयाम वाली मौलिक वस्तुएं थीं। हालांकि लेखक ने एक पूर्ण संस्करण की पेशकश नहीं की, जो अभी तक उपलब्ध नहीं है, सुपरस्ट्रिंग के एम-सिद्धांत में संक्षेप में निम्नलिखित विशेषताएं शामिल हैं:

• 11-आयाम (10 स्थानिक प्लस 1 समय आयाम);
• एक ही भौतिक वास्तविकता की व्याख्या करने वाले पांच सिद्धांतों की ओर ले जाने वाले द्वैत;
• ब्रेन 1 से अधिक आयाम वाले तार होते हैं।

परिणाम

परिणामस्वरूप, एक के बजाय, 10⁵⁰⁰ समाधान थे। कुछ भौतिकविदों के लिए, यह एक संकट का कारण बना, जबकि अन्य ने मानवशास्त्रीय सिद्धांत को स्वीकार किया, जो ब्रह्मांड के गुणों को इसमें हमारी उपस्थिति से बताता है। यह देखा जाना बाकी है कि सिद्धांतकार कब दूसरा पाएंगेसुपरस्ट्रिंग सिद्धांत में अभिविन्यास का तरीका।

कुछ व्याख्याएं बताती हैं कि हमारी दुनिया केवल एक ही नहीं है। सबसे कट्टरपंथी संस्करण अनंत संख्या में ब्रह्मांडों के अस्तित्व की अनुमति देते हैं, जिनमें से कुछ में हमारी अपनी सटीक प्रतियां हैं।

आइंस्टीन का सिद्धांत एक कुंडलित स्थान के अस्तित्व की भविष्यवाणी करता है, जिसे वर्महोल या आइंस्टीन-रोसेन ब्रिज कहा जाता है। इस मामले में, दो दूर के स्थान एक छोटे से मार्ग से जुड़े हुए हैं। सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत न केवल इसकी अनुमति देता है, बल्कि समानांतर दुनिया के दूर के बिंदुओं को भी जोड़ता है। भौतिकी के विभिन्न नियमों वाले ब्रह्मांडों के बीच संक्रमण करना भी संभव है। हालांकि, यह संभावना है कि गुरुत्वाकर्षण का क्वांटम सिद्धांत उनके अस्तित्व को असंभव बना देगा।

कई भौतिकविदों का मानना है कि होलोग्राफिक सिद्धांत, जब अंतरिक्ष की मात्रा में निहित सभी जानकारी इसकी सतह पर दर्ज की गई जानकारी से मेल खाती है, ऊर्जा धागे की अवधारणा की गहरी समझ की अनुमति देगा।

कुछ का मानना है कि सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत समय के कई आयामों की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप उनके माध्यम से यात्रा हो सकती है।

इसके अलावा, परिकल्पना के ढांचे के भीतर, बिग बैंग मॉडल का एक विकल्प है, जिसके अनुसार हमारा ब्रह्मांड दो शाखाओं के टकराव के परिणामस्वरूप प्रकट हुआ और निर्माण और विनाश के बार-बार चक्र से गुजरता है।

ब्रह्मांड के अंतिम भाग्य ने हमेशा भौतिकविदों पर कब्जा कर लिया है, और स्ट्रिंग सिद्धांत का अंतिम संस्करण पदार्थ के घनत्व और ब्रह्मांड संबंधी स्थिरांक को निर्धारित करने में मदद करेगा। इन मूल्यों को जानकर, ब्रह्मांड विज्ञानी यह निर्धारित कर सकते हैं कि ब्रह्मांड क्या करेगासिकोड़ें जब तक कि यह फिर से शुरू करने के लिए फट न जाए।

कोई भी नहीं जानता कि वैज्ञानिक सिद्धांत कब तक विकसित और परीक्षण किया जा सकता है। आइंस्टीन ने समीकरण E=mc² लिखकर यह उम्मीद नहीं की थी कि इससे परमाणु हथियारों का उदय होगा। क्वांटम भौतिकी के रचनाकारों को यह नहीं पता था कि यह लेजर और ट्रांजिस्टर बनाने का आधार बनेगा। और यद्यपि यह अभी तक ज्ञात नहीं है कि इस तरह की विशुद्ध सैद्धांतिक अवधारणा क्या ले जाएगी, इतिहास बताता है कि निश्चित रूप से कुछ उत्कृष्ट होगा।

इस अनुमान के बारे में अधिक जानकारी के लिए, एंड्रयू ज़िम्मरमैन की सुपरस्ट्रिंग थ्योरी फॉर डमीज़ देखें।