เกิดอะไรขึ้นกับทฤษฎีสตริง? ค้นหาคำตอบ!
ไม่น่าเชื่อก็ต้องเชื่อ นักฟิสิกส์ต้องการให้ทุกอย่างเรียบง่าย นั่นเป็นเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์หลายคน รวมถึง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เชื่อว่าในที่สุดฟิสิกส์จะสามารถรวมเข้าด้วยกันเป็นกระบวนทัศน์เดียวที่ครอบคลุมทุกสิ่ง ซึ่งอธิบายจักรวาลได้ นั่นคือทฤษฎีของทุกสิ่ง
ก้าวเข้าสู่ทฤษฎีสตริง พูดอย่างกว้างๆ ทฤษฎีสตริง เป็นกรอบทางคณิตศาสตร์ที่แทนที่อนุภาคเหมือนจุดด้วย “สตริง” หนึ่งมิติ ซึ่งเป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานของสสาร ในตอนแรกทฤษฎีนี้ได้รับการเสนอเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ที่แตกต่างออกไป แต่ก็ได้รับความสนใจจากนักฟิสิกส์ที่ทำงานเพื่อรวม กลศาสตร์ควอนตัม และ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งเป็นสองทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จอย่างมากและถูกต้องเท่าเทียมกัน แต่กลับไม่ลงรอยกันอย่างน่าอับอาย
จากนั้นตามมาด้วย “การปฏิวัติซูเปอร์สตริง” สองครั้ง ซึ่งเห็นความก้าวหน้าที่น่าประทับใจในการทำแผนที่รายละเอียดว่าทฤษฎีสตริงสามารถจับภาพความซับซ้อนของจักรวาลของเราได้อย่างไร ความกระตือรือร้นของทฤษฎีสตริงได้รั่วไหลไปสู่บทสนทนาที่เป็นที่นิยมโดยธรรมชาติ ซึ่งผู้ที่ชื่นชอบวิทยาศาสตร์ในทศวรรษ 1990 และ 2000 ฉันกำลังมองคุณอยู่ ได้สร้างสารคดีที่มีชื่อเสียงเช่น The Elegant Universe ของ PBS และหนังสือยอดนิยมและวิชาการมากมาย
อย่างไรก็ตาม เมื่อเข้าสู่ศตวรรษใหม่ สปอตไลต์เหนือทฤษฎีสตริงดูเหมือนจะจางหายไป เป็นที่ยอมรับว่าความคิดเห็นของสาธารณชนนั้นไม่แน่นอนและไม่แยแส และการที่คนที่ไม่ใช่นักวิชาการไม่สนใจไม่ได้หมายความว่าแนวคิดนี้ตายแล้ว ถึงกระนั้น หาก Ngram viewer ของ Google เป็นแนวทางใดๆ อิทธิพลของทฤษฎีสตริงก็ลดลงในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา
นั่นคือคำถามที่เราถามนักฟิสิกส์สำหรับ Giz Asks นี้ เกิดอะไรขึ้นกับทฤษฎีสตริง? เห็นได้ชัดว่านักฟิสิกส์ยังไม่ได้ละทิ้งทฤษฎีของทุกสิ่ง แต่ทฤษฎีสตริงเป็นผู้สมัครชั้นนำหรือไม่ หากเคยเป็นมา? หรือตอนนี้มีทางเลือกที่ดีกว่าแล้ว? ความนิยมและความสำคัญของมันลดลงจริงๆ หรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้นเพราะเหตุใด
คำตอบต่อไปนี้อาจได้รับการแก้ไขและย่อให้กระชับเพื่อให้เกิดความชัดเจน
นักฟิสิกส์อนุภาค มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์ และ ATLAS Collaboration ที่ CERN
ทฤษฎีสตริงยังไม่ตาย! ข้อโต้แย้งหลักคือการทำนายของมันเกี่ยวกับสิ่งต่างๆ ในระดับจุลทรรศน์ที่เรายังไม่สามารถทดสอบได้ ดังนั้นจึงยังไม่ได้ให้การทำนายที่สามารถหักล้างได้ แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าจะไม่มีวันเป็นเช่นนั้น ทฤษฎีกรุปเป็นความอยากรู้อยากเห็นทางคณิตศาสตร์มานานนับศตวรรษก่อนที่เราจะค้นพบว่ามันจำเป็นสำหรับการอธิบายฟิสิกส์อนุภาคและทฤษฎีสนามควอนตัม ฉันไม่ชอบการจัดหมวดหมู่สิ่งต่างๆ ว่าเป็น “วิทยาศาสตร์” หรือ “ไม่ใช่ sciences” เพราะใครจะรู้ว่าความอยากรู้อยากเห็นของเด็กเนิร์ดจะนำไปสู่การค้นพบอะไรได้บ้าง
นักฟิสิกส์ทฤษฎี สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย; ค้นพบ กลไก Green-Schwarz ซึ่งจุดประกายการปฏิวัติซูเปอร์สตริงครั้งแรกในปี 1984
หัวข้อนี้เริ่มต้นขึ้น [ประมาณปี 1984] และมีการใช้งานอย่างต่อเนื่องตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา การประชุม ทฤษฎีสตริงประจำปียังคงดำเนินต่อไปอย่างแข็งแกร่งและโดยทั่วไปจะมีผู้เข้าร่วมหลายร้อยคน […] ส่วนใหญ่ของชุมชนฟิสิกส์อนุภาคเชิงทฤษฎีเชื่อมั่นว่าเรากำลังอยู่ในเส้นทางที่ถูกต้องในการค้นพบทฤษฎีรวมที่ถูกต้องของจักรวาลของเรา (และผู้ที่คัดค้านจำนวนมากได้กลับใจแล้ว)
กล่าวได้ว่า เรายังตระหนักดีว่ายังมีอีกมากที่ต้องทำความเข้าใจ และอาจต้องใช้เวลานานกว่าจะได้หลักฐานเชิงทดลองที่สนับสนุนทฤษฎีนี้
นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ผู้เขียน Not Even Wrong และ บล็อกที่มีชื่อเดียวกัน
แนวคิดของทฤษฎีสตริงในฐานะทฤษฎีรวมพื้นฐานใหม่นั้นตายไปนานแล้ว เพื่อให้ง่ายขึ้นเล็กน้อย มันต้องการสิบมิติของปริภูมิ-เวลา แต่เราเห็นเพียงสี่มิติ ดังนั้นคุณต้องกำจัดหกมิติ สถานการณ์ง่ายๆ ที่ทำเช่นนี้ดูไม่เหมือนโลกแห่งความเป็นจริง สถานการณ์ที่ซับซ้อนสามารถให้คุณได้เกือบทุกอย่าง ดังนั้นจึงไม่ได้ทำนายอะไรเลย
ตะปูสุดท้ายในโลงศพคือ ผลลัพธ์เชิงลบ ที่ LHC เกี่ยวกับ supersymmetry ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของสถานการณ์ส่วนใหญ่และเป็นสิ่งเดียวที่หวังว่าจะได้เห็นจากการทดลอง คำว่า “ทฤษฎีสตริง” ถูกนำมาใช้เพื่ออ้างถึงแนวคิดต่างๆ มากมายที่เติบโตมาจากการพยายามทำให้ทฤษฎีรวมเป็นจริง นัก “ทฤษฎีสตริง” ส่วนใหญ่ตอนนี้ไม่ได้ทำงานเกี่ยวกับทฤษฎีรวมที่ล้มเหลว แต่เกี่ยวกับหัวข้อที่แตกต่างกันมาก
สิ่งเหล่านี้ได้สร้างแนวคิดใหม่ๆ ที่สำคัญในด้านคณิตศาสตร์ แต่ไม่มีข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับฟิสิกส์พื้นฐานในโลกของเรา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในขณะที่ผู้คนศึกษา “แรงโน้มถ่วงควอนตัม” จำนวนมาก เหล่านี้เป็นทฤษฎีที่ไม่สามารถอธิบายแรงโน้มถ่วงควอนตัมในโลกสี่มิติของเราได้
นักฟิสิกส์ทฤษฎี มหาวิทยาลัย Leuven ในเบลเยียม เชี่ยวชาญด้าน supergravity, ทฤษฎีสตริง, holography และ cosmology
ใช่ [ทฤษฎีสตริงได้รับความนิยมน้อยลง] เหตุผลก็คือเมื่อ 20 ปีที่แล้ว ผู้เผยแพร่วิทยาศาสตร์และนักเขียนโครงการให้คำมั่นสัญญาถึงสวรรค์ มันไม่สมเหตุสมผลเลย เรายังรู้เมื่อ 20 ปีที่แล้วว่าทฤษฎีสตริงมีสิ่งที่เรียกว่าภูมิทัศน์ของสถานะพื้นดินและไม่มีการคาดการณ์ที่เป็นเอกลักษณ์
แต่ทางเลือกที่เรียกว่าไม่สามารถแข่งขันได้เลย และมันยังคงเป็นปริศนาของพลวัตทางสังคมว่าพวกเขาสามารถสร้างตัวเองเป็นทางเลือกได้อย่างไร ให้ฉันพูดอย่างชัดเจน มันเป็นเรื่องดีที่ผู้คนศึกษาตัวเลือกอื่นๆ แต่ไม่มีเหตุผลที่จะพูดว่าพวกเขาบรรลุคำอธิบายทางกลศาสตร์ควอมตัมของแรงโน้มถ่วง
ผู้คนบอกว่าหากไม่มีการทดลอง เราไม่สามารถเรียกทฤษฎีหนึ่งว่าดีกว่าอีกทฤษฎีหนึ่งได้ นั่นผิดอย่างเห็นได้ชัด มีการตรวจสอบความสอดคล้องมากมาย ซึ่งผ่านได้ยากอย่างเหลือเชื่อ คุณสามารถคำนวณเอนโทรปีของหลุมดำได้หรือไม่? นักทฤษฎีสตริงสามารถคำนวณได้ในสถานการณ์ที่เป็นอุดมคติอย่างมากและสร้างสูตรที่มีชื่อเสียงของ Hawking ขึ้นมาใหม่สำหรับเอนโทรปีของหลุมดำ!
นี่คือจุดที่วิทยาศาสตร์สามารถก้าวหน้าได้โดยไม่มีข้อมูลจากการทดลอง และเป็นจุดที่นักปรัชญาเข้าใจผิดเป็นส่วนใหญ่ ในฟิสิกส์ เราศึกษาสิ่งที่ไม่เป็นจริงตลอดเวลา… แต่มันหมายความว่าคุณสร้างสถานการณ์ที่เป็นอุดมคติเพื่อให้คุณสามารถทำการคำนวณและทดสอบกรอบการทำงานได้ ในแรงโน้มถ่วงควอนตัม เกมแห่งการผ่านความสอดคล้องทางคณิตศาสตร์นั้นแข็งแกร่งมากจนทำให้การค้นหาทฤษฎีเกือบจะมาบรรจบกันเป็นเอกลักษณ์ที่สตริง
ในทำนองเดียวกัน ทฤษฎีสตริงอาจเป็นเพียงแบบจำลองของเล่นก็ได้ แต่นั่นก็เยี่ยมมาก! ตัวอย่างเช่น ในแบบจำลองนี้ ฉันสามารถมองไปที่พื้นที่ที่มีเอกภาวะบิ๊กแบงและถามตัวเองว่า ทฤษฎีนี้จัดการกับมันอย่างไร มันจะต้องให้คำตอบเนื่องจากเป็นทฤษฎีที่สมบูรณ์ทางคณิตศาสตร์ ดังนั้นจึงต้องบอกคุณว่าจุดเริ่มต้นของเวลามีลักษณะอย่างไรในแบบจำลอง (ของเล่น?) นี้
นักฟิสิกส์ทฤษฎี Centre de Physique Théorique de Luminy ในฝรั่งเศส Rovelli เป็นผู้ก่อตั้ง loop quantum gravity ซึ่งเป็นบัญชีคู่แข่งกับทฤษฎีสตริง
โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วง 10 หรือ 5 ปีที่ผ่านมา สำหรับชุมชนฟิสิกส์ขนาดใหญ่ ความน่าดึงดูดของทฤษฎีสตริงลดลงอย่างมาก ด้วยเหตุผลสามประการ ประการแรกคือทฤษฎีได้บ่งชี้ว่ามีการคาดการณ์ทางกายภาพจำนวนหนึ่งที่สามารถตรวจสอบได้ เช่น อนุภาค supersymmetric ที่สามารถสังเกตได้โดย [LHC], ค่าคงที่จักรวาลวิทยาเชิงลบ, การผลิตหลุมดำขนาดเล็กในการทดลองฟิสิกส์อนุภาค, การปรับเปลี่ยนกฎของนิวตันในระดับสั้น และอื่นๆ การคาดการณ์เหล่านี้ไม่มีข้อใดถูกต้อง
ความล้มเหลวซ้ำๆ เหล่านี้ไม่ได้ฆ่าทฤษฎีโดยสิ้นเชิง ซึ่งสามารถ “ปรับ” ได้เสมอเพื่อดูแลผลลัพธ์เชิงลบ แต่มันได้ลดความเชื่อมั่นในทฤษฎีสำหรับนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่
เหตุผลที่สองซึ่งอาจมีความสำคัญยิ่งกว่าคือทฤษฎีนี้ได้รับความสนใจอย่างมากในทศวรรษ 1980 และ 1990 เนื่องจากสัญญาว่าจะแก้ปัญหาที่เปิดอยู่ในฟิสิกส์อนุภาค ตัวอย่างเช่น การคำนวณพารามิเตอร์อิสระของแบบจำลองมาตรฐานจากหลักการแรก การทำความเข้าใจว่าเหตุใดจึงมีอนุภาคสามรุ่น ทำไมจึงต้องเป็นกลุ่มเกจแบบนั้นๆ และอื่นๆ ทฤษฎีนี้ไม่เคยประสบความสำเร็จในเรื่องนี้ ความล้มเหลวนี้ยังลดความน่าเชื่อถือของสมมติฐานสตริง
เหตุผลที่สามคือหลังจาก 50 ปี เรายังไม่มีสูตรที่ชัดเจนของทฤษฎีสตริง เรามีผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องซึ่งกันและกันเป็นหย่อมๆ แต่ไม่มีทฤษฎีโดยรวมที่ชัดเจนซึ่งกำหนดโดยชุดสมการที่วางไว้อย่างดี
นักฟิสิกส์ทฤษฎี สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย ผู้มีส่วนร่วมสำคัญในการพัฒนาทางคณิตศาสตร์ในทฤษฎีสตริง
การรวมกลศาสตร์ควอนตัมกับสัมพัทธภาพ “general” ยากกว่าการรวมเข้ากับสัมพัทธภาพ “special” ถึง 25 เท่า […] นักฟิสิกส์ใช้เวลา 50 ปีในการพัฒนารูปแบบที่เป็นรูปธรรมตามทฤษฎีสนามควอนตัมเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ฟิสิกส์อนุภาค (แบบจำลองมาตรฐาน) และอีก 40 ปีเพื่อยืนยันการคาดการณ์ทั้งหมด (การค้นพบฮิกส์โบซอน)
ดังนั้น อาจมีคนแย้งว่าต้องใช้เวลา 1,250 ปีในการสร้างแบบจำลองจักรวาลที่สมจริงจากทฤษฎีสตริงและอีก 1,000 ปีในการตรวจสอบเชิงทดลอง ตอนนี้ ฉันไม่คิดว่ามันจะใช้เวลานานขนาดนั้นจริงๆ แต่นี่แสดงให้เห็นว่าปัญหาซับซ้อนแค่ไหน ดังนั้น ฉันคาดหวังว่าการบรรลุการรวมกันดังกล่าวจะสร้างผลลัพธ์ที่คุ้มค่ากว่า 25 เท่าและมีผลกระทบต่อฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ในวงกว้างมากขึ้น 25 เท่า
ปัจจุบัน ทฤษฎีสตริงเป็นผู้สมัครที่มีแนวโน้มมากที่สุดเพียงรายเดียวสำหรับการบรรลุการรวมกัน ไม่มีการเสนออื่นใดที่มีผลกระทบเทียบเคียงได้กับวิทยาศาสตร์หรือความลึกซึ้งทางคณิตศาสตร์ในวงกว้าง ดังนั้นในแง่หนึ่ง นักฟิสิกส์ทฤษฎีของเรากำลังพัฒนาภาษาเพื่อทำความเข้าใจธรรมชาติ
สิ่งหนึ่งที่ฉันอยากจะชี้ให้เห็นคือ แน่นอนว่าเป้าหมายสูงสุดของเราคือการรวมสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมเข้าด้วยกัน แล้วทดสอบสิ่งนั้นในเชิงทดลอง ฉันหวังว่าจะมีการทดสอบเชิงบวก แต่ถ้าถูกปฏิเสธ นั่นก็คือความก้าวหน้าในทางวิทยาศาสตร์เช่นกัน ดังนั้นฉันจะยอมรับมัน
นักฟิสิกส์ทฤษฎี มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด Vafa ได้รับรางวัล Breakthrough Prize สาขาฟิสิกส์ปี 2017 สำหรับงานของเขาในการประยุกต์ใช้ทฤษฎีสตริงกับการศึกษาหลุมดำและจักรวาล
ปริศนามักจะมาเป็นคู่ โดยแต่ละคู่ทำหน้าที่เป็นวิธีแก้ปัญหาของอีกฝ่าย! นี่คือสิ่งที่ดูเหมือนจะเกิดขึ้นในฟิสิกส์ในปัจจุบัน การสังเกตการณ์ทางจักรวาลวิทยาล่าสุดโดยสองกลุ่ม DESI และ DES ในข้อมูลปี 2024 และ 2025 ของพวกเขาพบหลักฐานว่าแบบจำลองมาตรฐานของจักรวาลวิทยาซึ่งสันนิษฐานว่าภาคส่วนมืดไม่ได้ลดลงเมื่อเวลาผ่านไปไม่ตรงกับข้อมูล ปัจจุบัน แบบจำลอง ที่มีแรงจูงใจจากสตริงของเราเป็นแบบจำลองที่ดีที่สุดที่เหมาะสมกับข้อมูลของพวกเขา!
ในการพัฒนาคู่ขนาน มีการทดลองที่กำลังดำเนินการอยู่ในออสเตรียและสหรัฐอเมริกาซึ่งมีเป้าหมายที่จะตรวจจับมิติที่มืดโดยตรง [มิติพิเศษสมมุติฐานในทฤษฎีสตริง] … การทดลองเหล่านี้อยู่ภายในไม่กี่ปีในการผลิตข้อมูลชุดแรกของพวกเขา
ดังนั้นดูเหมือนว่าทั้งการสังเกตการณ์ทางจักรวาลวิทยาขนาดใหญ่และการทดลองบนโต๊ะขนาดเล็กกำลังดำเนินการเพื่อยืนยันการคาดการณ์ทฤษฎีสตริง เราอาจอยู่ในจุดสูงสุดของการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ครั้งสำคัญ เราควรมีภาพที่ชัดเจนขึ้นภายใน 5 ถึง 10 ปี
เกิดอะไรขึ้นกับทฤษฎีสตริง?
ทำไมทฤษฎีสตริงถึงสำคัญ?
แม้ว่าทฤษฎีสตริงอาจดูเหมือนเป็นแนวคิดที่อยู่ห่างไกล แต่ก็มีศักยภาพที่จะปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาล หากนักวิทยาศาสตร์สามารถรวมกลศาสตร์ควอนตัมและสัมพัทธภาพทั่วไปได้สำเร็จ ก็จะเปิดประตูสู่การค้นพบใหม่ๆ ที่น่าทึ่งเกี่ยวกับธรรมชาติของความจริง