Kas maailm on tõesti 11-mõõtmeline?
Probleemid füüsikanähtuste seletamisel
Kunagi arvati, et kogu mateeria koosneb neljast elemendist: maa, õhk, tuli ja vesi. Tänapäeval on teadlased veendunud, et universum koosneb osakestest ja need omakorda kvarkidest ja leptonitest. Osakeste vahel mõjuvad jõud, mis võivad olla gravitatsioonilised jõud, elektromagnetilised jõud, tugevad või nõrgad tuumajõud. Maailmapilti lisas oma panuse Albert Einstein sõnastades üldrelatiivsusteooria. Väiksemaid osakesi uurib ja nende vastasmõju kirjeldab kvantfüüsika.
Kuid vaatamata füüsikateaduse edule jäävad paljud küsimused vastuseta. Üks neist on gravitatsiooni probleem. Nii nagu elektromagnetilist jõudu omistatakse footonile ehk valguse osakesele, omistatakse gravitatsioonijõudu gravitonile. Neljast jõust kolme on võimalik standardsete mudelite abil väga täpselt kirjeldada, kuid gravitatsioonijõu mõju gravitonile mitte. Osutub, et gravitatsioonijõudu, mis on meile igapäevaselt tuttav, on väga keeruline kirjeldada mikroskoopiliselt.
Piisavalt ei suudeta seletada ka musta augu teooriat. Suure paugu teooria püüab kirjeldada universumi tekkimist ja arengut. Kuid see ei suuda seletada, miks universum igas suunas sarnane on ja miks see suures mastaabis lame tundub.
Gravitatsiooni probleemi lahendusena pakuti välja stringi teooria. Kuid selgus, et stringi teooria on veelgi ambitsioonikam - sellega püütakse seletada kogu universumi fundamentaalset struktuuri, mistõttu seda nimetatakse "Kõige teooriaks" (Theory of everyting).
Mis on string?
Stringi teooria pakub, et kõik teadaolevad osakesed on tegelikult ühe objekti - stringi - erinevad avaldumisvormid. See teooria väidab, et kõiki universumis leiduvaid osakesi ja energiaid saab hüpoteetilisest konstrueerida 1-mõõtmelisest stringist, millel on pikkus, kuid laiust ja kõrgust ei ole. Stringid vibreerivad erineva sagedusega, kusjuures vibreerimise sageduse ja energia vahel eksisteerib seos. Vastavalt Einsteini võrrandile on energia ja mass omavahel seotud. Järelikult määrab vibreerimise sagedus osakese massi.
Näiteks võime me kujutleda, et elektron on lihtsalt üks punkt, mis ei saa teha midagi muud kui kulgeda. Kuid kui stringi teooria osutub tõeseks, võime ülivõimsa mikroskoobiga näha, et elektron ei ole mitte punkt, vaid imepisike stringi silmus. String aga võib pöörelda erineval moel. Seega eemalt vaadates näeme me elektroni, kuid väga võimsa mikroskoobiga vaadates võime sõltuvalt stringi pöörlemisest ja vibreerimisest näha hoopis footonit, kvarki või miskit muud. Mis tähendab, et kogu universum koosneb vaid stringidest ja mingeid elementaarosakesi polegi olemas.
Üks vibratsioonidest kutsub esile gravitatsiooni, mistõttu saab seda käsitleda kvantumgravitatsioonina ja gravitatsiooni probleem ongi lahendatud.
String ei koosne mitte millestki, kuid kõik muu koosneb stringidest. Erinevad elementaarosakesed koosnevad erinevalt vibreerivatest stringidest nii nagu tekivad erinevad helid, kui panna viiulikeel erinevalt vibreerima.
Mis on sellel pistmist dimensioonidega?
Osutub, et selleks, et stringi teooria oleks matemaatiliselt pädev, peab universum olema 10-mõõtmeline. Stringi teooriast kasvas välja viis uut teooriat. Neist üks, supergravitatsiooni teooria, lisas 10-mõõtmelisele ruumile veel ühe dimensiooni.
Esmapilgul läheb see vastuollu meie tavatunnetusega, kuna oleme harjunud teadmisega, et on vaid 3 ruumimõõtu (pikkus, laius ja kõrgus) pluss aeg neljanda mõõduna. Kuigi 4-mõõtmelise aegruumi teooria kirjeldab hästi meid ümbritsevaid ja tajutavaid nähtusi, on see matemaatiliselt paremini käsitletav, kui dimensioone on rohkem. Teadlased pakkusid välja, et ülejäänud 6 mõõtu eksisteerivad, kuid pole meie poolt otseselt hoomatavad.
Tõepoolest, see, mitut dimensiooni me tajume, sõltub olukorrast. Kui näiteks vaadelda eemalt pikka palki, tundub see meile 1-mõõtmelisena (pikkus); putukale, kes sellel kõnnib, võib see tunduda 2-mõõtmelisena ja kui me palgile lähemale läheme, näeme kolme mõõdet (pikkus, laius, kõrgus).
Stringid vibreerivad mitmes dimensioonis ja sõltuvalt sellest, milline on vibratsioon, on need 3-mõõtmelises ruumis tajutavad aine, valguse või gravitatsioonina. Seega see, kas me tajume ainet, valgust või gravitatsiooni, sõltub stringi vibratsiooni sagedusest. Igasugune mateeria või energia vorm on stringide vibratsiooni tulemus.
