Nadharia ya kamba

Nadharia ya kamba ni nadharia ya fizikia ambayo inapaswa kuelezea kila kitu katika ulimwengu. Nadharia hiyo ilitumia nyuzi ndogo za nishati zinazotetemeka zinazoitwa kamba. Kamba hizi ziko katika kiwango kidogo sana kinachoitwa mizani ya planck, karibu mita 10^-35. Mfuatano unapotetemeka, hutengeneza mtetemo unaostahili kuendana na mtetemo wa chembe hiyo mahususi. Kila kamba ina mtetemo wake. Nadharia hiyo inafanya kazi kwa vipimo 10, hata hivyo, kuna nadharia inayoitwa Nadharia-M, ambayo inafanya kazi kwa vipimo 11. Nadharia-M ilitumia utando, ambao ni wa 11 na kila brane ina ulimwengu wake.
Baadhi ya miundo iliyoletwa tena na nadharia ya kamba iliibuka kwa mara ya kwanza mapema zaidi kama sehemu ya mpango wa umoja wa kitamaduni ulioanzishwa na Albert Einstein. Mtu wa kwanza kuongeza mwelekeo wa tano kwa nadharia ya mvuto alikuwa Gunnar Nordström mwaka wa 1914, ambaye alibainisha kuwa mvuto katika vipimo vitano inaelezea mvuto na sumaku-umeme katika nne. Nordström alijaribu kuunganisha sumaku-umeme na nadharia yake ya uvutano, ambayo hata hivyo ilibadilishwa na uhusiano wa jumla wa Einstein mwaka wa 1919. Baadaye, mwanahisabati Mjerumani Theodor Kaluza aliunganisha mwelekeo wa tano na uhusiano wa jumla, na Kaluza pekee ndiye anayepewa sifa ya wazo hilo. Mnamo 1926, mwanafizikia wa Kiswidi Oskar Klein alitoa tafsiri ya kimwili ya mwelekeo wa ziada usioonekana-imefungwa kwenye mduara mdogo. Einstein alianzisha kipimio cha kipimo kisicho na ulinganifu, ilhali baadaye zaidi Brans na Dicke waliongeza kijenzi cha scalar kwenye mvuto. Mawazo haya yangefufuliwa ndani ya nadharia ya kamba, ambapo yanahitajika na hali ya uthabiti.
Nadharia ya kamba ilibuniwa awali mwishoni mwa miaka ya 1960 na mapema miaka ya 1970 kama nadharia isiyowahi kufanikiwa kabisa ya hadroni, chembe ndogo ndogo kama protoni na neutroni ambazo huhisi mwingiliano mkali. Katika miaka ya 1960, Geoffrey Chew na Steven Frautschi waligundua kwamba mesons wanaunda familia zinazoitwa Regge trajectories na wingi zinazohusiana na spins kwa njia ambayo baadaye ilieleweka na Yoichiro Nambu, Holger Bech Nielsen na Leonard Susskind kuwa uhusiano unaotarajiwa kutoka kwa nyuzi za mzunguko. Chew ilipendekeza kuunda nadharia ya mwingiliano wa njia hizi ambazo hazikudhania kuwa ziliundwa na chembe zozote za kimsingi, lakini zingeunda mwingiliano wao kutoka kwa hali ya kujitosheleza kwenye S-matrix. Mbinu ya S-matrix ilianzishwa na Werner Heisenberg katika miaka ya 1940 kama njia ya kujenga nadharia ambayo haikutegemea mawazo ya ndani ya nafasi na wakati, ambayo Heisenberg aliamini kuwa inavunjika kwa kiwango cha nyuklia. Ingawa kipimo kilipunguzwa na maagizo mengi ya ukubwa, mbinu aliyopendekeza ilifaa kwa nadharia ya mvuto wa quantum.
Kwa kufanya kazi na data ya majaribio, R. Dolen, D. Horn na C. Schmid walitengeneza baadhi ya sheria za jumla za kubadilishana hadron. Wakati chembe na antiparticle hutawanya, chembe pepe zinaweza kubadilishana kwa njia mbili tofauti kimaelezo. Katika s-chaneli, chembe mbili huangamia ili kufanya hali za kati za muda ambazo huanguka katika chembe za hali ya mwisho. Katika t-chaneli, chembe hubadilishana majimbo ya kati kwa kutoa na kufyonzwa. Katika nadharia ya uga, michango hii miwili inajumlisha pamoja, moja ikitoa mchango endelevu wa usuli, nyingine ikitoa kilele katika nishati fulani. Katika data, ilikuwa wazi kwamba kilele kilikuwa kikiiba kutoka kwa mandharinyuma-waandishi walitafsiri hii kama kusema kwamba mchango wa t-chaneli ulikuwa wa pande mbili kwa s-channel, ikimaanisha kwamba zote mbili zilielezea amplitude yote na kujumuisha nyingine.
Matokeo hayo yalitangazwa sana na Murray Gell-Mann, na kusababisha Gabriele Veneziano kujenga amplitude ya kutawanya ambayo ilikuwa na mali ya uwili wa Dolen-Horn-Schmid, ambao baadaye uliitwa uwili wa karatasi ya dunia. Amplitude ilihitaji nguzo ambapo chembe huonekana, kwenye vijisehemu vya mstari wa moja kwa moja, na kuna utendaji maalum wa hisabati ambao nguzo zake zimepangwa sawasawa kwenye nusu ya mstari halisi—utendaji wa gamma—ambayo ilitumiwa sana katika nadharia ya Regge. Kwa kuchezea michanganyiko ya vitendaji vya gamma, Veneziano iliweza kupata amplitude thabiti ya kutawanya kwa fito kwenye mistari iliyonyooka, ikiwa na mabaki mengi chanya, ambayo yalitii uwili na kuwa na kiwango kinachofaa cha Regge katika nishati ya juu. Umri huu unaweza kutoshea data ya kutawanya karibu na boriti na vile vile utoshelevu mwingine wa aina ya Regge na ukawa na uwakilishi shirikishi unaodokeza ambao unaweza kutumika kwa jumla.
Katika miaka iliyofuata, mamia ya wanafizikia walifanya kazi ili kukamilisha mpango wa bootstrap wa mtindo huu, na mshangao mwingi. Veneziano mwenyewe aligundua kwamba kwa amplitude ya kueneza kuelezea kutawanyika kwa chembe inayoonekana katika nadharia, hali ya wazi ya kujitegemea, chembe nyepesi zaidi lazima iwe tachyon. Miguel Virasoro na Joel Shapiro walipata amplitude tofauti ambayo sasa inaeleweka kuwa ya nyuzi funge, huku Ziro Koba na Holger Nielsen walifanya uwakilishi muhimu wa Veneziano kwa mtawanyiko wa chembe nyingi. Veneziano na Sergio Fubini walianzisha urasmi wa waendeshaji kwa ajili ya kukokotoa viwango vya kutawanya ambavyo vilikuwa mtangulizi wa nadharia ya ulinganifu wa karatasi za dunia, wakati Virasoro alielewa jinsi ya kuondoa nguzo na mabaki ya alama zisizo sahihi kwa kutumia kizuizi kwa majimbo. Claud Lovelace alikokotoa amplitude ya kitanzi, na akabainisha kuwa kuna kutofautiana isipokuwa kipimo cha nadharia hiyo ni 26. Charles Thorn, Peter Goddard na Richard Brower waliendelea kuthibitisha kwamba hakuna nchi zinazoeneza ishara zisizo sahihi katika vipimo vilivyo chini ya au sawa. kwa 26.
Mnamo 1969-70, Yoichiro Nambu, Holger Bech Nielsen, na Leonard Susskind walitambua kwamba nadharia inaweza kutolewa maelezo katika nafasi na wakati kwa kuzingatia tungo. Amplitudes za kutawanyika zilitokana na utaratibu kutoka kwa kanuni ya hatua na Peter Goddard, Jeffrey Goldstone, Claudio Rebbi, na Charles Thorn, kutoa picha ya muda kwa waendeshaji wa vertex iliyoanzishwa na Veneziano na Fubini na tafsiri ya kijiometri kwa hali ya Virasoro.
Mnamo mwaka wa 1971, Pierre Ramond aliongeza fermions kwa mfano, ambayo ilimfanya kuunda supersymmetry ya pande mbili ili kufuta majimbo ya ishara zisizo sahihi. John Schwarz na André Neveu waliongeza sekta nyingine kwenye nadharia ya fermi muda mfupi baadaye. Katika nadharia za fermion, mwelekeo muhimu ulikuwa 10. Stanley Mandelstam alibuni nadharia ya ulinganifu wa laha ya ulimwengu kwa kisa cha bose na fermi, akitoa njia-msingi ya nadharia ya uga yenye pande mbili ili kuzalisha urasimi wa opereta. Michio Kaku na Keiji Kikkawa walitoa uundaji tofauti wa uzi wa kifuani, kama nadharia ya uga wa kamba, yenye aina nyingi za chembe nyingi na sehemu zinazochukua maadili sio kwa alama, lakini kwenye mizunguko na mikunjo.
Mnamo mwaka wa 1974, Tamiaki Yoneya aligundua kwamba nadharia zote za mfuatano zinazojulikana ni pamoja na chembe isiyo na uzito inayozunguka-mbili ambayo ilitii utambulisho sahihi wa Kata kuwa mvuto. John Schwarz na Joël Scherk walifikia hitimisho lile lile na wakafanya msukumo wa ujasiri kupendekeza kwamba nadharia ya uzi ilikuwa nadharia ya uvutano, si nadharia ya hadrons. Walianzisha tena nadharia ya Kaluza–Klein kama njia ya kuleta maana ya vipimo vya ziada. Wakati huo huo, chromodynamics ya quantum ilitambuliwa kama nadharia sahihi ya hadrons, ikibadilisha usikivu wa wanafizikia na inaonekana kuacha mpango wa bootstrap kwenye jalada la historia.
Nadharia ya kamba hatimaye iliifanya kutoka kwa vumbi, lakini kwa muongo uliofuata, kazi zote kwenye nadharia hiyo zilipuuzwa kabisa. Bado, nadharia iliendelea kukua kwa kasi ya shukrani kwa kazi ya wachache wa waja. Ferdinando Gliozzi, Joël Scherk, na David Olive waligundua mwaka wa 1977 kwamba nyuzi za awali za Ramond na Neveu Schwarz haziendani na zilihitaji kuunganishwa. Nadharia iliyosababishwa haikuwa na tachyon na ilithibitishwa kuwa na ulinganifu wa wakati wa nafasi na John Schwarz na Michael Green mwaka wa 1984. Mwaka huo huo, Alexander Polyakov alitoa nadharia ya uundaji wa njia ya kisasa ya uundaji, na akaendelea kuendeleza nadharia ya uwanja wa conformal kwa upana. . Mnamo mwaka wa 1979, Daniel Friedan alionyesha kwamba milinganyo ya mienendo ya nadharia ya mfuatano, ambayo ni jumla ya milinganyo ya Einstein ya uhusiano wa jumla, inatoka katika milinganyo ya kikundi ya urekebishaji wa nadharia ya uga yenye mwelekeo-mbili. Schwarz na Green waligundua uwili wa T, na wakaunda nadharia mbili za mfuatano mkuu-IIA na IIB zinazohusiana na uwili wa T, na nadharia za aina ya I kwa nyuzi wazi. Masharti ya uthabiti yalikuwa na nguvu sana, hivi kwamba nadharia nzima iliamuliwa kwa njia ya kipekee, na chaguzi chache tu za kipekee.
Mapema miaka ya 1980, Edward Witten aligundua kwamba nadharia nyingi za mvuto wa quantum hazingeweza kustahimili fermions za chiral kama neutrino. Hili lilimpelekea, kwa ushirikiano na Luis Álvarez-Gaumé, kuchunguza ukiukaji wa sheria za uhifadhi katika nadharia za mvuto na hitilafu, na kuhitimisha kuwa nadharia za mfuatano wa aina ya I hazikuwa thabiti. Green na Schwarz waligundua mchango kwa hitilafu ambayo Witten na Alvarez-Gaumé walikosa, ambayo ilizuia kikundi cha upimaji cha nadharia ya aina ya I kuwa SO(32). Katika kuelewa hesabu hii, Edward Witten alisadikishwa kwamba nadharia ya mfuatano ilikuwa kweli nadharia thabiti ya uvutano, na akawa mtetezi wa hali ya juu. Kufuatia uongozi wa Witten, kati ya 1984 na 1986, mamia ya wanafizikia walianza kufanya kazi katika uwanja huu, na wakati fulani huu huitwa mapinduzi ya kwanza ya utungo wa juu zaidi.[citation required]
Katika kipindi hiki, David Gross, Jeffrey Harvey, Emil Martinec, na Ryan Rohm waligundua kamba za heterotic. Kikundi cha kupima cha kamba hizi zilizofungwa kilikuwa nakala mbili za E8, na nakala yoyote inaweza kwa urahisi na kwa kawaida kujumuisha mfano wa kawaida. Philip Candelas, Gary Horowitz, Andrew Strominger na Edward Witten waligundua kuwa aina mbalimbali za Calabi–Yau ni upatanishi unaohifadhi kiasi halisi cha ulinganifu wa hali ya juu, huku Lance Dixon na wengine wakifanyia kazi sifa za kimaumbile za mikunjo ya obiti, umoja tofauti wa kijiometri unaoruhusiwa katika nadharia ya uzi. Cumrun Vafa alibadilisha uwili wa jumla wa T kutoka kwa miduara hadi kwa wingi wa kiholela, na kuunda uwanja wa hisabati wa ulinganifu wa kioo. Daniel Friedan, Emil Martinec na Stephen Shenker waliendeleza zaidi ujanibishaji tofauti wa utungo wa juu kwa kutumia mbinu za nadharia za uga zisizo rasmi. David Gross na Vipul Periwal waligundua kwamba nadharia ya upotoshaji wa kamba ilikuwa tofauti. Stephen Shenker alionyesha kuwa ilitofautiana haraka zaidi kuliko katika nadharia ya uwanja inayopendekeza kuwa vitu vipya visivyo na usumbufu havikuwepo.
Katika miaka ya 1990, Joseph Polchinski aligundua kwamba nadharia inahitaji vitu vya hali ya juu, viitwavyo D-branes na kuvitambua hivi kwa suluhu za shimo nyeusi za nguvu ya uvutano ya juu. Hivi vilieleweka kuwa vitu vipya vilivyopendekezwa na tofauti za kutatanisha, na vilifungua uwanja mpya wenye muundo mzuri wa hisabati. Haraka ikawa wazi kwamba D-branes na p-branes nyingine, sio tu kamba, ziliunda maudhui ya suala la nadharia za kamba, na tafsiri ya kimwili ya nyuzi na branes ilifunuliwa-ni aina ya shimo nyeusi. Leonard Susskind alikuwa ameingiza kanuni ya holografia ya Gerardus 't Hooft katika nadharia ya uzi, akibainisha hali ndefu za msisimko wa hali ya juu na hali za kawaida za shimo jeusi. Kama inavyopendekezwa na 't Hooft, kushuka kwa thamani kwa upeo wa macho nyeusi, karatasi ya ulimwengu au nadharia ya ujazo wa ulimwengu, inaelezea sio tu viwango vya uhuru wa shimo nyeusi, lakini vitu vyote vilivyo karibu pia.
Mapinduzi ya pili ya superstring
Mnamo 1995, katika mkutano wa kila mwaka wa wananadharia wa kamba katika Chuo Kikuu cha Kusini mwa California (USC), Edward Witten alitoa hotuba juu ya nadharia ya kamba ambayo kimsingi iliunganisha nadharia tano za nyuzi zilizokuwepo wakati huo, na kuzaa 11- mpya. nadharia ya dimensional iitwayo M-nadharia. Nadharia ya M pia ilionyeshwa kimbele katika kazi ya Paul Townsend takriban wakati huo huo. Msururu wa shughuli ulioanza wakati huu nyakati fulani huitwa mapinduzi ya pili ya mfuatano mkuu.[31]
Katika kipindi hiki, Tom Banks, Willy Fischler, Stephen Shenker na Leonard Susskind walibuni nadharia ya matrix, maelezo kamili ya nadharia ya M-nadharia kwa kutumia chembe za IIA D0. [48] Huu ulikuwa ufafanuzi wa kwanza wa nadharia ya mfuatano ambayo haikuwa ya kusumbua kabisa na utambuzi halisi wa kihisabati wa kanuni ya holografia. Ni mfano wa uwili wa gauge-gravity na sasa inaeleweka kuwa kesi maalum ya mawasiliano ya AdS/CFT. Andrew Strominger na Cumrun Vafa walikokotoa entropy ya usanidi fulani wa chembe za D na wakapata kukubaliana na jibu la nusu-classical kwa mashimo meusi yaliyochajiwa kupita kiasi.[59] Petr Hořava na Witten walipata uundaji wa mwelekeo kumi na moja wa nadharia za mfuatano wa heterotic, kuonyesha kwamba mikunjo ya obiti hutatua tatizo la uungwana. Witten alibainisha kuwa maelezo faafu ya fizikia ya chembe za D katika nishati ya chini ni kwa nadharia ya upimaji wa ulinganifu wa hali ya juu, na akapata tafsiri za kijiometri za miundo ya hisabati katika nadharia ya kupima ambayo yeye na Nathan Seiberg walikuwa wamegundua hapo awali kuhusiana na eneo la chembechembe hizo.
Mnamo 1997, Juan Maldacena alibainisha kuwa msisimko mdogo wa nishati ya nadharia karibu na shimo jeusi hujumuisha vitu vilivyo karibu na upeo wa macho, ambavyo kwa mashimo meusi yaliyochajiwa sana huonekana kama nafasi ya anti-de Sitter. [68] Alibainisha kuwa katika kikomo hiki nadharia ya kupima inaeleza msisimko wa kamba karibu na nyonga. Kwa hivyo alikisia kwamba nadharia ya mfuatano kwenye jiometri ya shimo jeusi iliyo kwenye upeo wa macho iliyo na upeo wa juu sana, anti-de Sitter space mara duara yenye mtiririko, inaelezewa vyema na nadharia ya kupima kiwango cha chini cha nishati, N = 4 supersymmetric Yang. - Nadharia ya Mills. Dhana hii, inayoitwa mawasiliano ya AdS/CFT, iliendelezwa zaidi na Steven Gubser, Igor Klebanov na Alexander Polyakov, [69] na Edward Witten, [70] na sasa inakubalika vyema. Ni utambuzi kamili wa kanuni ya holografia, ambayo ina athari kubwa kwa shimo nyeusi, eneo na habari katika fizikia, na vile vile asili ya mwingiliano wa mvuto.[53] Kupitia uhusiano huu, nadharia ya uzi imeonyeshwa kuwa inahusiana na nadharia za upimaji kama vile kromodynamics ya quantum na hii imesababisha uelewa wa kiasi zaidi wa tabia ya hadrons, na kurudisha nadharia ya kamba kwenye mizizi yake.
Katika karne ya 20, mifumo miwili ya kinadharia iliibuka kwa kuunda sheria za fizikia. Ya kwanza ni nadharia ya jumla ya Albert Einstein ya uhusiano, nadharia inayoelezea nguvu ya uvutano na muundo wa muda wa anga katika kiwango cha jumla. Nyingine ni quantum mechanics, uundaji tofauti kabisa, ambao hutumia kanuni za uwezekano zinazojulikana kuelezea matukio ya kimwili katika kiwango kidogo. Kufikia mwishoni mwa miaka ya 1970, mifumo hii miwili ilikuwa imethibitika kuwa ya kutosha kueleza vipengele vingi vilivyoangaliwa vya ulimwengu, kuanzia chembe za msingi hadi atomi hadi mageuzi ya nyota na ulimwengu kwa ujumla.[1]
Licha ya mafanikio hayo, bado kuna matatizo mengi ambayo yanasalia kutatuliwa. Mojawapo ya matatizo makubwa zaidi katika fizikia ya kisasa ni tatizo la mvuto wa quantum.[1] Nadharia ya jumla ya uhusiano imeundwa ndani ya mfumo wa fizikia ya zamani, ilhali kani zingine za kimsingi zimefafanuliwa ndani ya mfumo wa mechanics ya quantum. Nadharia ya quantum ya uvutano inahitajika ili kupatanisha uhusiano wa jumla na kanuni za mechanics ya quantum, lakini matatizo hutokea wakati mtu anajaribu kutumia maagizo ya kawaida ya nadharia ya quantum kwa nguvu ya mvuto.[2] Mbali na tatizo la kutokeza nadharia thabiti ya mvuto wa quantum, kuna matatizo mengine mengi ya kimsingi katika fizikia ya viini vya atomiki, mashimo meusi, na ulimwengu wa mapema.[a]
Nadharia ya kamba ni mfumo wa kinadharia unaojaribu kushughulikia maswali haya na mengine mengi. Mahali pa kuanzia kwa nadharia ya uzi ni wazo kwamba chembe zinazofanana na nukta za fizikia ya chembe pia zinaweza kutengenezwa kama vitu vyenye mwelekeo mmoja vinavyoitwa nyuzi. Nadharia ya mfuatano hueleza jinsi tungo zinavyoeneza angani na kuingiliana. Katika toleo fulani la nadharia ya kamba, kuna aina moja tu ya kamba, ambayo inaweza kuonekana kama kitanzi kidogo au sehemu ya kamba ya kawaida, na inaweza kutetemeka kwa njia tofauti. Kwenye mizani ya umbali kubwa kuliko mizani ya uzi, mfuatano utaonekana kama chembe ya kawaida, na wingi wake, chaji, na sifa nyinginezo zinazoamuliwa na hali ya mtetemo wa uzi. Kwa njia hii, chembe zote tofauti za msingi zinaweza kutazamwa kama kamba zinazotetemeka. Katika nadharia ya kamba, mojawapo ya hali za mtetemo wa kamba hutokeza graviton, chembe ya mitambo ya quantum ambayo hubeba nguvu ya uvutano. Kwa hivyo nadharia ya kamba ni nadharia ya mvuto wa quantum.[3]
Mojawapo ya maendeleo makuu ya miongo kadhaa iliyopita katika nadharia ya mfuatano ilikuwa ugunduzi wa 'uwili-wili', mabadiliko ya kihisabati ambayo hutambulisha nadharia moja ya kimwili na nyingine. Wanafizikia wanaosoma nadharia ya uzi wamegundua idadi ya hizi mbili kati ya matoleo tofauti ya nadharia ya uzi, na hii imesababisha dhana kwamba matoleo yote thabiti ya nadharia ya uzi yanaingizwa katika mfumo mmoja unaojulikana kama nadharia ya M. [4]
Uchunguzi wa nadharia ya kamba pia umetoa matokeo kadhaa juu ya asili ya shimo nyeusi na mwingiliano wa mvuto. Kuna vitendawili fulani vinavyotokea wakati mtu anajaribu kuelewa vipengele vya quantum vya shimo nyeusi, na kufanya kazi kwenye nadharia ya kamba imejaribu kufafanua masuala haya. Mwishoni mwa 1997 safu hii ya kazi ilifikia kilele kwa ugunduzi wa mawasiliano ya nadharia ya anti-de Sitter/conformal field au AdS/CFT.[5] Haya ni matokeo ya kinadharia ambayo yanahusisha nadharia ya mfuatano na nadharia nyingine za kimaumbile ambazo zinaeleweka vyema kinadharia. Mawasiliano ya AdS/CFT yana maana katika utafiti wa shimo nyeusi na mvuto wa quantum, na yametumika kwa masomo mengine, ikiwa ni pamoja na nyuklia[6] na fizikia ya vitu vilivyofupishwa.[7][8]
Katika karne ya 20, mifumo miwili ya kinadharia iliibuka kwa kuunda sheria za fizikia. Ya kwanza ni nadharia ya jumla ya Albert Einstein ya uhusiano, nadharia inayoelezea nguvu ya uvutano na muundo wa muda wa anga katika kiwango cha jumla. Nyingine ni quantum mechanics, uundaji tofauti kabisa, ambao hutumia kanuni za uwezekano zinazojulikana kuelezea matukio ya kimwili katika kiwango kidogo. Kufikia mwishoni mwa miaka ya 1970, mifumo hii miwili ilikuwa imethibitika kuwa ya kutosha kueleza vipengele vingi vilivyoangaliwa vya ulimwengu, kuanzia chembe za msingi hadi atomi hadi mageuzi ya nyota na ulimwengu kwa ujumla.[1]
Licha ya mafanikio hayo, bado kuna matatizo mengi ambayo yanasalia kutatuliwa. Mojawapo ya matatizo makubwa zaidi katika fizikia ya kisasa ni tatizo la mvuto wa quantum.[1] Nadharia ya jumla ya uhusiano imeundwa ndani ya mfumo wa fizikia ya zamani, ilhali kani zingine za kimsingi zimefafanuliwa ndani ya mfumo wa mechanics ya quantum. Nadharia ya quantum ya uvutano inahitajika ili kupatanisha uhusiano wa jumla na kanuni za mechanics ya quantum, lakini matatizo hutokea wakati mtu anajaribu kutumia maagizo ya kawaida ya nadharia ya quantum kwa nguvu ya mvuto.[2] Mbali na tatizo la kutokeza nadharia thabiti ya mvuto wa quantum, kuna matatizo mengine mengi ya kimsingi katika fizikia ya viini vya atomiki, mashimo meusi, na ulimwengu wa mapema.[a]
Nadharia ya kamba ni mfumo wa kinadharia unaojaribu kushughulikia maswali haya na mengine mengi. Mahali pa kuanzia kwa nadharia ya uzi ni wazo kwamba chembe zinazofanana na nukta za fizikia ya chembe pia zinaweza kutengenezwa kama vitu vyenye mwelekeo mmoja vinavyoitwa nyuzi. Nadharia ya mfuatano hueleza jinsi tungo zinavyoeneza angani na kuingiliana. Katika toleo fulani la nadharia ya kamba, kuna aina moja tu ya kamba, ambayo inaweza kuonekana kama kitanzi kidogo au sehemu ya kamba ya kawaida, na inaweza kutetemeka kwa njia tofauti. Kwenye mizani ya umbali kubwa kuliko mizani ya uzi, mfuatano utaonekana kama chembe ya kawaida, na wingi wake, chaji, na sifa nyinginezo zinazoamuliwa na hali ya mtetemo wa uzi. Kwa njia hii, chembe zote tofauti za msingi zinaweza kutazamwa kama kamba zinazotetemeka. Katika nadharia ya kamba, mojawapo ya hali za mtetemo wa kamba hutokeza graviton, chembe ya mitambo ya quantum ambayo hubeba nguvu ya uvutano. Kwa hivyo nadharia ya kamba ni nadharia ya mvuto wa quantum.[3]
Mojawapo ya maendeleo makuu ya miongo kadhaa iliyopita katika nadharia ya mfuatano ilikuwa ugunduzi wa 'uwili-wili', mabadiliko ya kihisabati ambayo hutambulisha nadharia moja ya kimwili na nyingine. Wanafizikia wanaosoma nadharia ya uzi wamegundua idadi ya hizi mbili kati ya matoleo tofauti ya nadharia ya uzi, na hii imesababisha dhana kwamba matoleo yote thabiti ya nadharia ya uzi yanaingizwa katika mfumo mmoja unaojulikana kama nadharia ya M. [4]
Uchunguzi wa nadharia ya kamba pia umetoa matokeo kadhaa juu ya asili ya shimo nyeusi na mwingiliano wa mvuto. Kuna vitendawili fulani vinavyotokea wakati mtu anajaribu kuelewa vipengele vya quantum vya shimo nyeusi, na kufanya kazi kwenye nadharia ya kamba imejaribu kufafanua masuala haya. Mwishoni mwa 1997 safu hii ya kazi ilifikia kilele kwa ugunduzi wa mawasiliano ya nadharia ya anti-de Sitter/conformal field au AdS/CFT.[5] Haya ni matokeo ya kinadharia ambayo yanahusisha nadharia ya mfuatano na nadharia nyingine za kimaumbile ambazo zinaeleweka vyema kinadharia. Mawasiliano ya AdS/CFT yana maana katika utafiti wa shimo nyeusi na mvuto wa quantum, na yametumika kwa masomo mengine, ikiwa ni pamoja na nyuklia[6] na fizikia ya vitu vilivyofupishwa.[7][8]
Kwa kuwa nadharia ya uzi inahusisha mwingiliano wote wa kimsingi, ikiwa ni pamoja na mvuto, wanafizikia wengi wanatumaini kwamba hatimaye itaendelezwa hadi kufikia hatua ambayo inaelezea kikamilifu ulimwengu wetu, na kuifanya nadharia ya kila kitu. Mojawapo ya malengo ya utafiti wa sasa katika nadharia ya mfuatano ni kupata suluhu la nadharia inayozalisha upya wigo unaoonekana wa chembe za msingi, na kikomo kidogo cha kikosmolojia, kilicho na mada nyeusi na utaratibu unaokubalika wa mfumuko wa bei wa ulimwengu. Ingawa kumekuwa na maendeleo kuelekea malengo haya, haijulikani ni kwa kiwango gani nadharia ya mfuatano inaelezea ulimwengu halisi au ni uhuru kiasi gani ambao nadharia inaruhusu katika uchaguzi wa maelezo.[9]
Changamoto mojawapo ya nadharia ya uzi ni kwamba nadharia kamili haina ufafanuzi wa kuridhisha katika hali zote. Mtawanyiko wa mifuatano hufafanuliwa moja kwa moja kwa kutumia mbinu za nadharia ya kupotosha, lakini haijulikani kwa jumla jinsi ya kufafanua nadharia ya uzi bila kusumbua.[10] Pia haijulikani ikiwa kuna kanuni yoyote ambayo kwayo nadharia ya mfuatano huchagua hali yake ya utupu, hali ya kimwili ambayo huamua sifa za ulimwengu wetu.[11] Matatizo haya yamesababisha baadhi ya jamii kukemea mbinu hizi za kuunganisha fizikia na kuhoji umuhimu wa kuendelea na utafiti kuhusu matatizo haya.
Utumiaji wa mechanics ya quantum kwa vitu halisi kama vile uwanja wa sumakuumeme, ambao hupanuliwa katika nafasi na wakati, inajulikana kama nadharia ya uga wa quantum. Katika fizikia ya chembe, nadharia za uga wa quantum huunda msingi wa uelewa wetu wa chembe za kimsingi, ambazo huwekwa kama msisimko katika nyanja za kimsingi.[13]
Katika nadharia ya uwanja wa quantum, kwa kawaida mtu hukusanya uwezekano wa matukio mbalimbali ya kimwili kwa kutumia mbinu za nadharia ya usumbufu. Iliyoundwa na Richard Feynman na wengine katika nusu ya kwanza ya karne ya ishirini, nadharia ya uga ya quantum inayopotosha hutumia michoro maalum inayoitwa michoro ya Feynman kupanga hesabu. Mtu hufikiri kwamba michoro hii inaonyesha njia za chembe zinazofanana na nukta na mwingiliano wao.[13]
Mahali pa kuanzia kwa nadharia ya uzi ni wazo kwamba chembe zinazofanana na nukta za nadharia ya uga wa quantum pia zinaweza kuigwa kama vitu vyenye mwelekeo mmoja viitwavyo nyuzi.[14] Mwingiliano wa mifuatano hufafanuliwa moja kwa moja kwa kujumlisha nadharia ya upotoshaji inayotumiwa katika nadharia ya kawaida ya uga wa quantum. Katika kiwango cha michoro ya Feynman, hii inamaanisha kuchukua nafasi ya mchoro wa mwelekeo mmoja unaowakilisha njia ya chembe ya nukta kwa uso wa pande mbili (2D) unaowakilisha mwendo wa uzi.[15] Tofauti na nadharia ya uga wa quantum, nadharia ya mfuatano haina ufafanuzi kamili usio na utata, kwa hivyo maswali mengi ya kinadharia ambayo wanafizikia wangependa kujibu hayafikiwi.[16]
Katika nadharia za fizikia ya chembe kulingana na nadharia ya uzi, kipimo cha urefu wa nyuzi huchukuliwa kuwa kwa mpangilio wa urefu wa Planck, au mita 10-35, kipimo ambacho athari za mvuto wa quantum huaminika kuwa muhimu.[ 15] Kwenye mizani mikubwa zaidi ya urefu, kama vile mizani inayoonekana katika maabara ya fizikia, vitu kama hivyo haviwezi kutofautishwa na chembe za nukta sifuri, na hali ya mtetemo wa mfuatano huo itaamua aina ya chembe. Mojawapo ya hali ya mtetemo wa kamba inalingana na graviton, chembe ya kiakili ya quantum ambayo hubeba nguvu ya uvutano.[3]
Toleo la asili la nadharia ya uzi lilikuwa nadharia ya uzi wa bosonic, lakini toleo hili lilielezea bosons pekee, aina ya chembe zinazosambaza nguvu kati ya chembe za jambo, au fermions. Nadharia ya uzi wa Bosonic hatimaye ilifutiliwa mbali na nadharia zinazoitwa nadharia za superstring. Nadharia hizi zinaelezea bosons na fermions, na zinajumuisha wazo la kinadharia linaloitwa supersymmetry. Katika nadharia zilizo na ulinganifu wa hali ya juu, kila kifua kina mwenza wake ambaye ni chachu, na kinyume chake.
Kuna matoleo kadhaa ya nadharia ya utungo wa juu: aina ya I, aina ya IIA, aina ya IIB, na ladha mbili za nadharia ya uzi wa heterotic (SO(32) na E8×E8). Nadharia tofauti huruhusu aina tofauti za mifuatano, na chembe zinazotokea kwa nishati ya chini zinaonyesha ulinganifu tofauti. Kwa mfano, nadharia ya aina ya I inajumuisha mifuatano iliyofunguliwa (ambayo ni sehemu zilizo na ncha) na mifuatano iliyofungwa (ambayo huunda vitanzi vilivyofungwa), huku aina za IIA, IIB na heterotic zinajumuisha tu nyuzi zilizofungwa.
Katika maisha ya kila siku, kuna vipimo vitatu vinavyojulikana (3D) vya nafasi: urefu, upana na urefu. Nadharia ya jumla ya Einstein ya uhusiano inachukulia muda kama kipimo sambamba na vipimo vitatu vya anga; kwa ujumla uhusiano, nafasi na wakati hazijainishwa kama huluki tofauti lakini badala yake zimeunganishwa kwa muda wa anga-dimensional nne (4D). Katika mfumo huu, hali ya uvutano inatazamwa kama tokeo la jiometri ya muda wa anga.
Licha ya ukweli kwamba Ulimwengu umeelezewa vyema na wakati wa anga wa 4D, kuna sababu kadhaa kwa nini wanafizikia huzingatia nadharia katika vipimo vingine. Katika baadhi ya matukio, kwa kuiga muda wa anga katika idadi tofauti ya vipimo, nadharia inakuwa rahisi kueleweka kihisabati, na mtu anaweza kufanya hesabu na kupata maarifa ya jumla kwa urahisi zaidi.[b] Pia kuna hali ambapo nadharia katika vipimo viwili au vitatu vya anga ni muhimu zaidi. kwa kuelezea matukio katika fizikia ya vitu vilivyofupishwa. Hatimaye, kuna matukio ambayo kwa kweli kunaweza kuwa na zaidi ya 4D ya muda wa anga ambayo hata hivyo imeweza kuepuka kutambuliwa.
Nadharia za mfuatano zinahitaji vipimo vya ziada vya muda kwa uthabiti wao wa kihisabati. Katika nadharia ya uzi wa bosonic, muda wa anga ni 26-dimensional, ilhali katika nadharia ya mfuatano mkuu ni 10-dimensional, na katika nadharia ya M ni 11-dimensional. Ili kuelezea matukio halisi ya kimwili kwa kutumia nadharia ya mfuatano, kwa hivyo ni lazima mtu afikirie hali ambazo vipimo hivi vya ziada havitazingatiwa katika majaribio.